Как открыли вирусы и чем они отличаются от других патогенов

Вирусы открыли не так давно, и связано это в первую очередь с их небольшим размером: в среднем они в несколько раз меньше бактерий. Сегодня известно, что вирусы, как и бактерии, вызывают огромное количество заболеваний, но так было не всегда. Об истории открытия вирусов, их отличии от бактерий и неорганической природе ПостНауке рассказал вирусолог Леонид Марголис.

Вирусы и другие патогены

Что такое патоген? Патоген — это организм, который вызывает патологию. По своей природе вирусы — патогены, этиологические агенты, которые способны вызывать различные заболевания.

Существуют заболевания, в которых этиологический агент неизвестен, например атеросклероз. Есть разные теории вирусного происхождения атеросклероза, но на самом деле до сих пор неизвестно, является ли организм, который вызывает атеросклероз — сопутствующее нарушение обмена веществ и появление атеросклеротических бляшек, — вирусом. 

Есть болезни, где патоген совершенно понятен. Это, во-первых, бактерии. Они способны вызывать самые разные с точки зрения серьезности последствий для организма заболевания: и чуму, и воспаление легких, и ангину. С другой стороны, и бактерии, и вирусы могут вызывать однотипные заболевания. Воспаление легких может иметь бактериальную природу и успешно лечиться с помощью антибиотиков. Мы знаем, что сейчас коронавирус типа COVID-19 также вызывает воспаление легких, но однозначного метода лечения от него нет.

Поэтому классифицировать патогены с точки зрения вреда организму, который они наносят, очень трудно. Например, гепатит вне зависимости от типа — А, В или С — так или иначе приводит к поражению печени. Но при одинаковых последствиях механизм поражения печени запускается при участии разных вирусов. 

При этом ставить знак равенства между бактерией и вирусом категорически нельзя. Бактерия, в отличие от вируса, представляет собой живой организм, который может самостоятельно размножаться, питаться и поддерживать постоянство внутренней среды. Вирус же не является организмом в классическом смысле этого слова. Вирус — это оторвавшийся ген, который так же, как и мы с вами, придерживается универсального закона природы: размножаться и сохранять себя.

Открытие вирусов

Первым из патогенов были обнаружены бактерии. Открытие бактерий, протистов и микроскопических грибов объяснило возникновение множества заболеваний, но не всех. В течение долгого времени был неизвестен возбудитель бешенства, и французский химик и микробиолог Луи Пастер предположил, что это связано с величиной возбудителя: его не удавалось обнаружить, потому что он слишком мал для изучения через микроскоп. 

В 1884 году французский микробиолог Шарль Шамберлан изобрел фарфоровый фильтр с очень маленькими порами, который позволял выделять бактерии из среды и специальных растворов. Его так и назвали — фильтр Шамберлана — Пастера. Уже позже, в 1892 году, русский биолог Дмитрий Ивановский изучал зараженные листья табака и выяснил, что даже если раствор с перемолотыми зараженными листьями отфильтровать и исключить все бактерии, то он все равно сохраняет инфекционные свойства. Тогда Ивановский предположил, что все дело в очень маленьком токсине, намного меньшем, чем бактерии. Ивановский предположил, что это вирус (от лат. virus — яд), и считается основоположником вирусологии.

И только в 1989 году Мартин Бейеринк, микробиолог из Голландии, попробовал выделить этот «токсин» и вырастить его в питательной среде. В отличие от Ивановского, он пришел к выводу, что имеет дело с новыми формами инфекционных агентов, и заметил, что они размножаются только в клетках. Но вместе с тем выдвинул ошибочную гипотезу, что вирус по своей природе жидкий. Поиск истины в то время увлек уже многих ученых, и в том же году был открыт афтовирус, или возбудитель ящура, — первый вирус животных, а в начале ХХ века — бактериофаги.

Непаразитическая природа вирусов

Вирусы являются инфекционными агентами, которые в среднем в 100 раз меньше бактерии. Они не являются клетками: вирусы состоят не из органелл, а из нуклеиновой кислоты (фрагментов ДНК или РНК) и капсида, который состоит из белковых молекул. Вне клеток вирус неактивен — вирусная частица ждет момента, когда она сможет заразить подходящую клетку. В зависимости от типа вирусы поражают клетки растений, животных, бактерий и архей.  

Является ли вирус паразитом? Вирус не организм, поэтому и не может иметь паразитическую природу, потому что, строго говоря, паразиты — это живые организмы. Дело в том, что вирусы неспособны производить белки, а это условие размножения любого организма. Когда вирус попадает внутрь человека или животного, он связывается с клеточной поверхностью, точнее, с рецепторами клетки, при помощи которых она взаимодействует с окружающей средой и получает регуляторные сигналы или питательные вещества. Белки вируса, которые находятся на поверхности, связываются с рецепторами клетки и прикрепляются к ней (некоторые вирусы попадают в клетки, минуя поверхностные рецепторы). После этого вирус проникает внутрь и заражает клетку, заставляя ее воспроизводить вирусный генетический материал. 

Разнообразие вирусов

По своему строению вирусы очень разнообразны. Это могут быть мельчайшие вирусные частицы, оболочка которых состоит из одного типа белков, и невероятно сложные и крупные вирусы, чья оболочка состоит из 50 и более видов белков. Просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и капсида — оболочки. В составе сложно устроенных вирусов присутствует и липопротеиновая оболочка. 

По своему строению вирусы бывают палочковидными (вирус табачной мозаики), могут напоминать пулю (вирус бешенства), быть похожими на сферу (вирусы полиомиелита и ВИЧ), на нить (филовирусы) и сперматозоид (многие бактериофаги). Самые известные представители сложных по своему строению вирусов — бактериофаги. Они поражают бактериальные клетки и клетки архей. Бактериофаги бывают очень разных форм, например сферической или лимоновидной. Типичный бактериофаг состоит из головки и хвоста, причем хвост, как правило, может быть в несколько раз больше головки. Головка бактериофага может быть округлой, гексагональной или палочковидной формы. А отросток может быть коротким и длинным — в виде трубки или нитей — или не существовать вовсе. 

Кроме классических вирусов существуют прионы — инфекционные белковые частицы. Формально они не являются вирусами, но по своему воздействию сходны с ними. Например, прион, поражающий прионовый протеин млекопитающих (PrPC), меняет его форму, превращая его в третичную или четвертичную структуру, а это, в свою очередь, вызывает прионные заболевания куру, болезнь Крейтцфельда — Якоба и многие другие.   

Другая разновидность инфекционных агентов — вироиды. Они состоят из кольцевой РНК и вызывают различные заболевания растений. Науке известно около 30 возбудителей этой группы, часть которых поражают плоды картофеля, томата, баклажана и огурца. Экономические потери от вироидов велики. Например, от заболевания пальм вида кадаг-кадаг в Филиппинах ежегодно экономика теряет около 16,6 миллиона долларов в год.