2.4.3. Віруси.

На закінчення огляду будови та функціонування клітини, не можна обійти виключно цікаву групу “напівживих” істот, яких називають вірусами. Історія їх відкриття припадає на кінець Х1Х століття.

У 1887р. талановитого студента-ботаніка Петербурзького уні­верситету Д. Й. Івановського було відряджено на південь України і в Бессарабію для вивчення мозаїчної хвороби тютюну. Досліджуючи цю хворобу, яка завдавала величезних збитків тютюновим плантаціям, молодий вчений відкрив, що збудник цієї хвороби проходить крізь бактеріальні фільтри, на яких затримуються всі бактерії. Отже, було відкрито організм, у сотні й тисячі разів менший від відомих на той час найменших бак­терій.

Про результат своїх досліджень Д. Й. Івановський доповів в Академії наук 14 лютого 1892 р. і одночасно опублікував працю «О двух болезнях табака». В 1889 р. видатний голландський мікробіолог М. В. Бейєрінк підтвердив відкриття Д. Й. Івановського і запропону­вав збудника мозаїчної хвороби тютюну називати вірусом (лат. — отрута).

До 1930-х років віруси відносили до найдрібніших бактерій. В 1933 році такий погляд був спростований американським вченим У.Стенлі. Він отримав екстракт вірусу тютюнової мозаїки із інфікованих рослин і очистив їх. Очищені віруси осаджувалися у вигляді кристалів. Кристалізація є тестом на присутність хімічно чистої сполуки без домішок. Таким чином, стало зрозумілим, що віруси набагато простіші живих організмів. Доречи, щоб отримати столову ложку мікроскопічних кристалів вірусу, вченому необхідно було пропустити через м’ясорубку тону вражених вірусом листків.

При подальших дослідженнях було виявлено значну кількість різноманітних вірусів, які паразитують практично на всіх організмах – прокаріотичних та еукаріотичних.

Будова вірусу. В зовнішньому середовищі віруси не проявляють ніяких властивостей живого. Вони мають досить просту будову і складаються з нуклеїнової кислоти та білкової оболонки. Нуклеїнові кислоти можуть бути у вигляді ДНК – ДНК-вмістні віруси та РНК – РНК-вмістні віруси. ДНК та РНК у різних вірусів можуть бути дво- або одноланцюгові. Білкова оболонка носить назву капсида. Окрема сформована вірусна частинка, яка знаходиться у стані спокою поза клітиною називають віріоном.

Рис.58. Схема будови вірусу грипу: 1 – спіралізований ланцюг РНК; 2 – мембраноподібний шар складного капсиду; 3 – зовнішня оболонка капсиду.

За розмірами, формою, будовою капсиду віруси надзвичайно різноманітні. Найдрібнішими є віруси деяких бактеріофагів та вірус поліомієліту – 8-27 нм, а найкрупнішим – тютюнової мозаїки та віспи – до 300 нм. На рис. 59 показано різні форми вірусів та їх капсидів.

Дрібні віруси мають прості капсиди, а крупні більш складні, які вкриті додатковою зовнішньою білковою оболонкою. Наприклад, вірус герпеса має сферичну оболонку, а вірус грипу спіральну (рис.58). Деякі віруси мають вигляд видовжених паличок, інші мають кубічну форму.

Нуклеїнова кислота дрібних вірусів містить всього 2 - 3 гена, а найкрупніших, наприклад, вірусу віспи – близько 240. Вірус грипу містить близько 10-ти генів.

Життєві цикли вірусів. В житті вірусів чергуються дві фази – позаклітинна, коли вірус перебуває у вигляді віріону, і внутрішньоклітинна фаза, коли відбувається його розмноження. В будь-якому випадку вірус взаємодіє з клітиною-хазяїном. Така взаємодія може бути трьох типів: 1) розмноження вірусу призводить клітину до загибелі; 2) клітини не гинуть, а дозрілі віріони не утворюються; 3) нуклеїнова кислота вірусу вбудовується в генетичний апарат клітини і під час поділу передається дочірнім клітинам, які при певних умовах також можуть заг инути.

Проникнення в клітину-хазяїна відбувається по-різному. В одних випадках вірус, прикріпившись до плазматичної мембрани, “впорскує” нуклеїнову кислоту, яка починає діяти за власною генетичною програмою.

Рис.59. Різні форми вірусів.

Капсид залишається назовні. Таким способом інфікують клітини так звані бактеріофаги (від лат. “пожирачі бактерій”). В інших випадках віріон потрапляє до клітини разом з капсидом і лише потім вивільняється нуклеїнова кислота.

Віруси, які мають додаткову зовнішню оболонку, можуть зливатися с клітинною мембраною, і в цитоплазму клітини проникає весь капсид вірусу. Після цього відбувається вивільнення вірусного геному.

Потрапивши в клітину-хазяїна, вірус використовує її нуклеотиди, амінокислоти та біосинтетичний апарат для побудови власних структур. Цей етап в життєвому циклі вірусів отримав назву дозрівання. Біосинтетичний апарат клітини-хазяїна працює під диктовку геному віруса. Синтезуються вірусні нуклеїнові кислоти, збираються з амінокислот елементи капсиду і, нарешті, формуються віріони. Ці процеси надзвичайно складні і каталізуються низкою ферментів як вірусного походження, так і з власного набору клітини.

Дозрівання віріонів – складний і необоротний процес. Нуклеїнова кислота, та структурні білки, що складають капсид, нездатні вивільнятися в цій же клітині і повторно її інфікувати. Якщо віруси мають зовнішню оболонку, то вона приєднується до капсиду пізніше, або в цитоплазмі клітини, або при взаємодії з клітинною мембраною. Після цього клітина звичайно гине, а нові віріони інфікують інші клітини.

Віруси можуть ”вмонтовувати” свою нуклеїнову кислоту в ДНК хазяїна. Тут ця кислота може залишатися досить довго, поки не почнеться поділ клітини. В цьому випадку порушується мітоз, що викликає суттєві порушення в метаболізмі клітини-хазяїна. Саме таким чином діють так звані онкогенні віруси, які здатні викликати злоякісні новоутворення.

Різноманітність вірусів та хвороб, що вони викликають. Віруси об’єднують в царство Vira і поділяють на 17 родин. Назви родин досить складні і вказують або на особливості будови капсиду та форму ДНК і РНК, або на характер хвороб, що вони викликають, або на способи зараження тощо. Але ні одна спроба побудувати просту класифікацію вірусів не завершилась успіхом. Немає такого клінічного прояву, який би був викликаний вірусом певного типу та немає такої групи вірусів, які б вражали певну тканину. Наприклад, захворювання верхніх дихальних шляхів в легкій формі може бути викликане пікорнавірусами (риновірусами, що викликають так звані простуди), аденовірусами, міксовірусами (вірусом грипу), параміксовірусами, реовірусами тощо. Печінку можуть вражати тогавіруси (наприклад, вірус жовтої лихоманки) та вірус гепатиту. Захворювання нервової системи, що призводить до паралічів і смерті, можуть викликати тогавіруси та десятки різних збудників енцефалиту, рабдовіруси (наприклад, вірус сказу), пікорнавіруси (вірус поліомієлиту) та інших. Наприклад, на сказ найчастіше хворіють собаки, вовки, летючі миші, скунси, рідше рогата худоба, коні, вівці, свині, кішки, щури і птиця. Вірус передається через укуси хворих на сказ тварин або при попадан­ні слини на подряпини шкіри, слизові оболонки. Джерелом інфекції в природі є дикі тварини (переважно лисиці).

Часто від укусів хворих тварин заражаються люди. Найбільш характерною, чітко вираженою ознакою сказу є водобоязливість — гідрофобія. Відразу ж після укусу хворої на сказ тварини слід про­мити рани старанно водою з милом, продезинфікувати і звернутись до лікаря. Якщо цього не зробити, то можна захворіти на сказ, а ця хвороба у людини майже на 100 % летальна.

До вірусних хвороб, які супроводжуються шкірними висипами, відноситься віспа - мабуть найзагрозливіша з вірусних інфекцій – та такі розповсюджені досить легкі хвороби, як кір, вітряна віспа, краснуха. Вірус віспи, який ще донедавна уносив велику кількість людських життів, є типовим представником групи поксвірусів.

Вірус кіру викликає хворобу, що швидко проходить але іноді вражається центральна нервова система, відноситься до параміксовірусів, а вірус краснухи, звичайно легкого захворювання, що проявляється легким висипом, - до тогавірусів. Хвороба, що носить назву “вітряної віспи”, насправді викликається герпесвірусом, який не є родичем вірусу віспи.

Відкриті і ретельно вивчають так звані онкогенні віруси, які викликають утворення пухлин. Вони відносяться до двох груп: ДНК - вмістні та ретровіруси. Серед онкогенних ДНК-вірусів - паковавіруси, аденовіруси і герпесвіруси. З РНК-вмістних вірусів пухлини викликають тільки ретровіруси.

Види пухлин, які викликаються цими вірусами у тварин надзвичайно різноманітні. Наприклад, вірус поліоми викликає головним чином пухлини слинних залоз, а також багато інших. Ретровіруси – лейкози і саркоми, які часто є причиною пухлин молочної залози та інших органів. Хоча рак – це захворювання цілого організму, але ці явища спостерігаються і в культурі клітин. Такі досліди використовуються як моделі для вивчення онкогенних вірусів.

Стосовно людини, то проти інфекційного походження ракових захворювань свідчить той факт, що пухлини не заразні. Але якщо припустити, що певну роль у виникненні раку відіграють успадковані “вмонтовані” віруси, то можна казати про спадкову схильність до злоякісних пухлин. Але більш як 10 років напружених пошуків за спеціальними програмами поки що не виявили такого прямого зв’язку.

Можна вважати надзвичайно дивним, що онкогенні віруси, які відіграють таку суттєву роль у виникненні пухлин у тварин, чомусь “обходять” людину.

Віруси паразитують практично на всіх організмах – бактеріях, грибах, рослинах і тваринах. Понад 75 % усіх інфекційних захворювань припадає саме на вірусні хвороби.

Особлива група вірусів паразитує на бактеріях. Їх називають бактеріофагами. На рис. 61 показано будову бактеріофага Т4.

Рис.61. Схема будови бактеріофага Т4. Нуклеїнова кислота розташована у капсиді складної будови. Фібрили на кінці відростка використовуються для прикріплення до клітини бактерії.

Ці віруси мають голівку, в якій розташована нуклеїнова кислота. Голівка переходить у відросток, який закінчується шестикутним “майданчиком” з 6-ма виростами та 6-ма довгими фібрилами. Бактеріофаг прикріплюється фібрилами до прокаріотичної клітини, впорскує в неї нуклеїнову кислоту, залишаючи капсид ззовні. Потім відбувається реплікація кислоти з побудовою нових віріонів. Бактеріальна клітина звичайно гине. Це явище використовують для боротьби з деякими хвороботворними бактеріями, інфікуючи їх відповідними бактеріофагами. Віруси також є об’єктом генетичних досліджень і використовуються в генній інженерії.

Походження та еволюція вірусів. У питанні походження вірусів багато неясного. Можна припустити, що віруси походять від гіпотетичних первісних доклітинних форм життя. Але виникає питання, яким чином могли б виникнути віруси, якщо вони є виключно паразитами більш складних форм життя? Припущення, що вони живилися органічними речовинами первинного океану спростовується тим, що вірусам для життя потрібні складні метаболічні системи інших клітин. Також вивчення тонкої структури вірусів вказує, що їх генетичний матеріал за складністю не поступається навіть еукаріотам.

Інша гіпотеза припускає походження вірусів від окремих структур клітини. Вважається, що гени або деякі органели набули самостійності і стали паразитами власної клітини. На підтвердження цієї думки можна відзначити, що всі типи нуклеїнових кислот, притаманних вірусам, знайдені і в клітинах. Це дво- та односпіральні ДНК та РНК в рибосомах, мітохондріях, пластидах, хромосомах. Однак важко пояснити сам процес відокремлення цих структур і перехід їх до паразитування.

Еволюція вірусів тісно пов’язана з еволюцією прокаріот та еукаріот. Як показують численні дослідження, генетичний апарат вірусів вбудовуючись в геном клітини може змінювати властивості як власних, так і клітинних білків. Такий механізм взаємодії суттєво впливає на появу нових ознак клітин-хазяїв та нових властивостей віріонів.

На думку вчених все живе на Землі просто насичене вірусами, оскільки не завжди вони викликають захворювання. Відносно недавно встановлено, наприклад, що вірус гепатиту В у значній мірі визначає стать у людей.

2.4.4. ВІЛ – вірус імунодефіциту людини або СНІД – синдром набутого імунодефіциту.

Віл-інфекція, подібно пожежі, охопила зараз майже всі континенти. За надзвичайно короткий час вона стала проблемою номер один для Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) й ООН, відтіснивши на друге місце рак і серцевосудинні захворювання.

Мабуть, жодна хвороба не задавала вченим такі серйозні загадки за настільки незначний термін. Війна з вірусом СНІДу ведеться на планеті з наростаючими зусиллями. Щомісяця у світовій науковій пресі публікуються нові зведення про ВІЛ-інфекцію і її збудника, що часто змушують докорінно змінювати точку зору на патологію цього захворювання.

Але поки загадок більше ніж наших знань. Насамперед - несподіванка появи і швидкість поширення ВІЛ. Дотепер не вирішене питання про причини його виникнення, невідома середня і максимальна тривалість його прихованого (латентного) періоду.

Установлено, що мається кілька різновидів збудника СНІДу. Мінливість його унікальна, тому є всі підстави очікувати, що виявляться чергові варіанти збудника в різних регіонах світу, а це може різко ускладнити діагностику.

Ще загадки: який зв'язок СНІДу в людини зі СНІД-подібними захворюваннями у тварин (мавп, кішок, овець, великої рогатої худоби) і яка можливість вбудовування генів збудника СНІДу в спадковий апарат зародкових клітин?

СНІД розшифровується як синдром набутого імунодефіциту. Іншими словами, головна ознака хвороби – поразка імунної системи. Але з кожним роком накопичується усе більше даних, що доводять, що збудник СНІДу уражає не тільки імунну, але і нервову систему.

До особливостей СНІДу відноситься те, що це, очевидно, перший в історії медицини набутий імунодефіцит, пов'язаний з конкретним збудником і який має епідемічне поширення. Друга його особливість - майже “прицільна” поразка Т-хелперів. Ще одна особливість - це перше епідемічне захворювання людини, яке викликане ретровірусами. Нарешті, СНІД за клінічних і лабораторних особливостям не схожий ні на які інші набуті імунодефіцити.

Історія відкриття ВІЛ. Узимку 1980-81 року в госпіталь Нью-Йоркського університету надійшли кілька людей з незнайомої для лікарів формою саркоми Капоши - захворювання, відкритого ще в 1872 році Моритцем Капоши. На шкірі нижніх кінцівок з'являються вузлики коричнювато-червоного чи блакитнувато-червоного кольорів. Іноді вони утворюють виразки та змертвівають, але, звичайно не уражають внутрішні органи, і не вважаються злоякісними пухлинами. У більшості хворих саркома Капоши триває 1-8 років і добре піддається хіміотерапевтичному лікуванню.

У США і країнах Західної Європи саркома Капоши спостерігається надзвичайно рідко: 1-2 випадки на 10 мільйонів населення, причому, як правило, тільки в чоловіків старше 60 років. Чоловіки ж, які надійшли в Нью-Йоркський госпіталь, були у віці 30 років. Усі вони виявилися гомосексуалістами. Саркома Капоши протікала в них злоякісно і біьшість з них загинула протягом 20 місяців.

Навесні 1981 року лікарі Лос-Анджелеса знайшли ще одну категорію хворих - зі злоякісною формою пневмонії. Ця форма пневмонії була зареєстрована в молодих людей, що теж виявилися гомосексуалістами.

Улітку 1981 року в США нараховувалося вже 116 подібних випадків. Хоча клінічна картина вказувала на відомий уже на той час синдром імунодефіциту, причина і шляхи захворювання залишалися неясними. Несподівана поява хвороби, блискавичне поширення, дивний зв'язок зі злоякісними пухлинами, пневмонією, гемофілією, гомосексуалізмом, венеричними хворобами, надзвичайно тривалий прихований період і відсутність ефективних засобів лікування – усе це викликало шок у лікарів і вчених. Вірус, відомий нині як збудник СНІДу, був відкритий тільки в 1983 році, і його називали по-різному.

Група вчених Національного інституту раку в США, керованих відомим імунологом і вірусологом Робертом Галло, відкрила збудника Т- клітинного лейкозу, захворювання, зареєстрованого наприкінці 70-х років у країнах Карибського басейну й у Південній Японії. Лейкози протікали дуже важко і хворі гинули за 3-4 місяця.

Успіху Галло сприяло те, що в середині 70-х років він знайшов фактор росту Т-клітин, що зараз називають интерлейкіном-2 (ІР-2). Т-клітини, або тимус-залежні клітини – це провідна ланка в імунній відповіді організму. Збудником гострого Т-клітинного лейкозу в людини виявився ретровірус. Галло назвав його вірусом Т-клітинної лейкемії людини - HTLV-1. Він припустив, що цей вірус виник в Африці, де ним заразилися примати Старого Світу, та й людина теж. В Америку і країни Карибського басейну вірус проник завдяки работоргівлі. З'ясувалося, що в багатьох видів африканських мавп у крові містяться антитіла до HTLV-1. Деякі різновиди вірусу, особливо виділені в зелених мавп і шимпанзе, мали багато подібного з HTLV-1. Надалі виявилося, що HTLV-1 передається при переливанні крові. Згодом було виділено ще один вірус цієї групи, що викликає рідке захворювання крові, - HTLV-2.

Саме в цей час у США почалася епідемія СНІДу, одним зі шляхів передачі якого також було переливання крові. Тому Галло припустив, що HTLV-1 і є збудником цієї страшної хвороби. І дійсно в деяких хворих удалося виділити антитіла до HTLV-1, а в частини удалося виділити і сам вірус. Однак Галло помилився.

В Пастерівському інституту в Парижі під кирівництвом Люка Монтаньє була створена група вчених, яка була оснащена значно гірше групи Галло. Її метою було вивчити можливий зв'язок ретровірусів з пухлинними захворюваннями імунної системи, що виражаються в збільшенні лімфатичних вузлів (лимфаденопатії). При дослідженні одного пацієнта, що хворів на лімфаденопатію протягом декількох років, був виділений вірус, ідентифікований як ретровірус. За своїми властивостями він був схожий на HTLV-1, але мав деякі особливості. Потім аналогічний вірус виділили від хворих СНІДом. Автори дали йому назву LAV (вірус, асоційований з лімфоаденопатією).

Група Галло, користуючись розробленими нею методами, теж виділила від хворих СНІДом новий ретровірус, названий HTLV-3. Було встановлено, що HTLV-3 і LAV ідентичні. Тому вірус стали позначати як HTLV-3/LAV. У 1986 році Комітет з таксономії і номенклатури вірусів запропонував дати збуднику СНІДу нову назву - HIV/ВІЛ (вірус імунодефіциту людини).

Отже, збудник СНІДу був відкритий через два роки після опублікування перших відомостей про нове захворювання, а метод його діагностики розроблений менш чим через 2,5 року після цих перших публікацій. Це привело до того, що на першій Міжнародній конференції по СНІДу, що відбулася в квітні 1985 року в Атланті, панувала атмосфера оптимізму. Однак нові тривоги виникли при вивченні унікальних особливостей збудника.

Рис.62. РНК-вірус СНІДу. Вірус має однолацю- гову РНК та складний капсид.

Будова віріону. Віріон СНІДу має сферичну форму, діаметром 100-150 нм. Зовнішня оболонка вірусу складається з подвійного шару ліпідів, що походять з клітинної мембрани клітини хазяїна. У цю мембрану вбудовані рецепторні утворення, що нагадують гриби. Мембрана, яка має клітинне походження, на поверхні й усередині зберігає безліч клітинних білків. Під зовнішньою оболонкою розташовується серцевина вірусу, що має форму усіченого конуса й утворена білком. Проміжок між зовнішньою вірусною мембраною і серцевиною вірусу заповнений матриксним білком.

Усередині серцевини розташовуються дві молекули вірусної РНК, зв'язані з низькомолекулярними білками. Кожна молекула РНК містить 9 генів (рис.63).

LTR

GAG

POL

A

TAT

ENV

TAT

B

LTR

   