Размышления и споры о вирусах

Глава первая Вирус — кто или что?

Еще не начав работать над книгой, а только задумывая ее, мы знали, что придется спорить по многим важным вопросам. Тем не менее в заглавии на первое место поставили «Размышления»… И это верно: книга написана вовсе не для выяснения, кто же из нас прав — это можно установить (если, правда, сегодня возможно подобное в принципе) и без многотысячной армии свидетелей. Итак, мы собирались сперва вместе с вами, уважаемые читатели, поразмышлять над тем, что уже известно, и только затем перейти к спорам.

Однако у книги, даже если это не роман или повесть (о том, что они живут собственной жизнью, подчас неподвластной автору, все наслышаны), оказывается, тоже есть свои требования к логике построения. И она, книга, не «захотела» начинаться с размышлений, а потребовала от нас именно спора, причем сразу же и по самому главному вопросу: вирус — существо или вещество?

Мы пытались «протестовать» (доказательством чему может служить предыдущий вариант рукописи, в котором глава с этим названием значилась под номером шесть), но тщетно… Пришлось пойти на уступки и фактически начать книгу с этого вопроса. И уже с первых страниц начать спор. Потому что один из нас, Вл. Солоухин, утверждает, что вирусы — вещества, а другой — Д. Голубев, не менее категорично отстаивает противоположную точку зрения.

Конечно, не мы одни спорим по этому поводу. Каждая из гипотез имеет определенное (сказать точнее не можем — как их сосчитать?) число сторонников и оппонентов, каждая позиция базируется на результатах исследований многих ученых и располагает более или менее убедительными аргументами.

И еще. Сегодня ответа на заданный в заголовке вопрос нет. Нет ни у кого в мире. И никто не знает, когда он появится. Без него же, согласитесь, как-то неуютно. Представляете: тысячи ученых, сотни институтов мира изучают вирусы, не зная — живые ли это образования или частицы косной материи. Очевидно, что установление природы вирусов будет иметь далеко идущие последствия, скажется и на вирусологии и на медицине. Вот мы и предлагаем думать и спорить, искать ответ вместе — такой «мозговой штурм» не раз доказывал свою эффективность. Мы же, споря, друг с другом, постараемся как можно подробнее рассказать обо всем, что сегодня уже известно…

Начнем с первой точки зрения: вирусы — вещества.

Очевидно, главная роль в определении (это касается, естественно, не только вирусов, а принципиально всех форм жизни), что есть живое, принадлежит не вирусологам, медикам или биологам, а философам. Недаром любой учебник, монография или научно-популярная книга по этой проблеме обязательно приводят фундаментальное определение Ф. Энгельса, который, как известно, ни биологом, ни врачом не был. Обратимся к философам и мы. Например, к книге известного советского специалиста, много лет посвятившего изучению этой проблемы, члена-корреспондента АН СССР И. Т. Фролова, которая называется «Жизнь и познание». В первой же главе автор подробно обсуждает все признаки, отличающие живое от неживого.

Мы не станем слишком много цитировать, хотя бы потому, что наша книга адресована широким кругам читателей, то есть должна отличаться доходчивостью изложения и быть понятной не только узким специалистам, но и просто грамотным людям. Требования же к языку специальных монографий, которые пишутся для небольшого круга лиц, работающих в одной области, совсем иные. С другой стороны, к нашей книге, впрочем, как и к любой книге о науке, вполне может быть приложима мысль известного французского философа средних веков М. Монтеня, который одному из своих трудов предпослал такое предисловие: «Я собрал в этот букет много разных цветов, моя же здесь собственная — только лента, удерживающая их вместе». Так что и нам не обойтись как без дословного цитирования чужих мыслей, так и вольного их переложения.

Итак, какие же признаки живого называет современный философ? Прежде всего — это структурная организованность строения и функций живой материи, начиная с атомно-молекулярного и клеточного уровней и кончая уровнем популяционным и биосферой в целом. Затем он говорит о том, что биологические объекты представляют собой открытые, органически целостные системы, в которых наблюдаются сложные взаимодействия и взаимозависимости отдельных структурных и функциональных компонентов, определяющих автономный и самопроизвольный характер морфогенетических процессов живых систем, их способность к самоорганизации. Это обеспечивает самосохранение живых систем, их приспособленность к внешней среде, осуществляющуюся через обменные процессы, в ходе которых происходит сложный синтез и распад поступающих в организм веществ, имеет место множество различных химических, тепловых, электрических, механических и других явлений…

Философское определение живого, которое мы здесь изложили, вполне созвучно определению биологическому. Так, один из основоположников молекулярной биологии академик В. А. Энгельгардт называет следующие три отличительные черты живого: упорядоченность всех уровней организации — от молекулярного до организменного, динамичность (рождение, достижение зрелого состояния и старение), информативность, обеспечивающая повторяемость главных характерных черт родителей в потомстве.

Оба рассмотренных определения вполне созвучны классическому положению Ф. Энгельса. «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Совершенно очевидно, что термином «обмен веществ» Энгельс обозначал то, что сегодня определяют как динамичность и упорядоченность системы.

Теперь вернемся к вирусам, у которых никакого обмена веществ нет и быть не может. Из определения Энгельса автоматически вытекает, что к живым объектам их причислить нельзя. Но если во времена Энгельса про вирусы еще ничего не знали, то ведь и Энгельгардт, и Фролов — наши современники, их работы, на которые мы ссылаемся, написаны совсем недавно. Поэтому они должны были бы, считая вирусы живыми существами, сделать хоть какую-нибудь оговорку.

Но нет, не сделали. И думается, не случайно. У вирусов нет никакого, даже самого примитивного, обмена веществ, они не способны ни синтезировать, ни разлагать сложные соединения, у них нет собственной энергетики. И, дабы они не «портили» стройной картины мирозданья, о них лучше умолчать, а про себя подумать — «неживые».

Но, к сожалению, умолчание чаще всего не упрощает, а наоборот, усложняет решение вопроса. И уже одна из важнейших характеристик динамизма живого — приспособляемость — вызывает яростные споры между теми, кто отстаивает точку зрения, что они — существа, с теми, кто их считает веществами. Правда, с чем согласны оба лагеря, приспособляемость на самом деле свойственна только живому, она возникает (обеспечивается) ответными реакциями организма на любые воздействия внешней среды. И вот тут возникает вопрос: приспосабливаются ли вирусы к изменяющимся условиям внешней среды? Да, несомненно.

Всем хорошо известно, что вирус гриппа А, начавший пандемию (скажем, в 1957 году пандемию сингапурского типа), существенно отличается от своих потомков в конце ее (1967–1968 годы). Это один пример.

Или такой факт. Для получения вакцинных штаммов, в частности вирусов гриппа, которые должны стимулировать выработку иммунитета, но быть безобидными для организма, то есть не вызывать заболевания, их многократно пассируют. При этом наступает аттенуация, то есть ослабление или полная утрата способности вируса быть причиной заболевания при сохранении так называемой иммуногенности. Разве все эти примеры не свидетельствуют о приспособляемости вирусов? А если свидетельствуют, то следует ли отсюда, что вирус — живой?

Нет! — считает Вл. Солоухин и уточняет, что приспособляемость может быть не связана с… приспособляемостью. Вот доказательства. Американские исследователи, супруги Д. и Д. Ледерберги, изучали процесс приспособляемости бактерий к антибиотикам. Надо ли говорить, что способность многих микробов становиться нечувствительными к антибиотикам является проклятием современной практической медицины, порождает беспрерывную гонку-поиск за все новыми и новыми препаратами, поскольку старые достаточно быстро перестают оказывать эффект. Так вот, Ледерберги (хотя и не сомневались в том, что бактерии относятся к живой природе и у них в принципе существует возможность именно приспосабливаться) решили установить, каким образом это происходит.

Они взяли несколько сот чашек Петри с питательной средой и посеяли на них культуру бактерии, выращенную из одной колонии. Предварительно было установлено, что бактерия высокочувствительна к конкретному антибиотику. Через некоторое время поверхность агара во всех чашках Петри покрылась колониями разросшихся бактерий. Затем с помощью штампов, приготовленных из бархата и соответствовавших размеру чашек, засеяли такое же количество новых чашек Петри, но агар в них содержал антибиотик, причем в совершенно смертельной для бактерий дозе.

Как и следовало ожидать, практически все перенесенные в чашки с антибиотиком бактерии погибли. Почти, но не все абсолютно. Единичные колонии выросли. Поскольку строго фиксировались не только пары чашек (из какой в какую бактерии засевались), но и положение бархатного штампа при переносе, исследователи без труда нашли материнские колонии. Проверка на чувствительность к антибиотику показала: они к нему безразличны. То есть оказалось, приспособленность у бактерий возникла до того, как они вступили в контакт с препаратом. Налицо было нарушение принципа причинности.

Ледерберги провели достаточно много подобных экспериментов с использованием большого числа различных видов бактерий и антибиотиков. И во всех случаях, если только исходного материала было много, получали одинаковый ответ: в любой популяции любых бактерий имеются клоны, нечувствительные к любому (даже только-только синтезированному) антибиотику. И нечувствительность возникла еще до встречи с ядовитым для них веществом.

Сперва это единичные клетки, которые теряются в массе чувствительных, потому применение антибиотика дает лечебный эффект. Но по мере того как чувствительные бактерии погибают, освобождается место и питательные вещества, и единичные устойчивые клетки постепенно начинают создавать собственную популяцию. Не вникая в механизм, можно подумать, что произошло приспособление отдельных бактерий к существованию в изменившихся условиях. А на самом деле? А на самом деле процесс был совсем другой: приспособились не отдельные особи в популяции, а вся популяция в целом. Короче говоря, произошло не изменение, а замена одной популяции другой. Возможно, со временем причина (воздействие антибиотика) заставит бактерии включить и другие механизмы приспособляемости, но сейчас нас это уже не интересует. Исследование Ледербергов со всей очевидностью доказывает: в любой достаточно большой популяции предшествуют нечувствительные к антибиотикам клоны.

Думается, проницательные читатели все правильно поняли и сами сделали соответствующие выводы: да, по мнению сторонников взгляда на вирусы как на неживое образование, не вызывающая сомнения приспособляемость вирусов есть не что иное, как приспособляемость популяции. Если в популяции бактерий, тоже, конечно, насчитывающей многие миллионы клеток, обязательно есть клоны, значительно отличающиеся от основной массы, то как не быть подобным «уродцам» в популяции вирусов, «поголовье» которой на несколько порядков больше.

Но вернемся к работе Фролова. Следующим признаком живого, говорит он, является инвариантность воспроизводства, то есть передача от поколения к поколению наследственной информации, соответствующей первичной структуре организма. От кошки может родиться только котенок, от кишечной палочки — только кишечная палочка, под «руководством» вируса гриппа клетка создаст только вирус гриппа. Это обеспечивается «универсальностью генетического кода, спецификой его молекулярной структуры, связанной с особым строением ДНК и ее взаимоотношениями с РНК и белками, в ходе которых осуществляется молекулярный синтез и в конечном счете самовоспроизводство клетки и живой системы в целом». Об этом же говорит и В. А. Энгельгардт, употребляя термин информативность при характеристике свойств живого.

На первый взгляд этот постулат — еще более сильный аргумент в пользу того, что вирус существо, чем предыдущий. Ибо вирусы — пусть не сами, а с помощью клеток хозяина воспроизводят все-таки самих себя. Однако так ли уж свойственно подобное воспроизведение только живой природе? Если взять любое химически чистое вещество, например, поваренную соль, то и в России, и в Америке, и в Австралии, и в Японии при выпаривании соляного раствора получится совершенно идентичная картина: образуются кристаллы одинаковой, причем строго определенной формы.

И так будет не только с поваренной солью, но с любым кристаллическим веществом, лишь бы оно было без примеси или чтобы примеси были везде одинаковыми по составу и количеству. То есть можно сказать, что способность к инвариантному воспроизводству имеется не только у живой природы (у нее как раз за счет мутаций она даже ниже), но и у явно неживой, косной.

Бесспорно, воспроизводство вирусов — процесс гораздо более сложный, нежели образование кристаллов соли. Но более сложный — не значит недоступный неживой природе. И поэтому даже столь весомый аргумент сторонников противоположной точки зрения не кажется таким уж бесспорным.

По-видимому, неприложимо к вирусам и следующее определение живого, которое дает Фролов — историчность жизни. Он пишет: «Способность к наследственному самовоспроизведению, выступающая как вид самоподдержания живых систем, обеспечивает не просто сохранение индивидуальных живых систем, но и историческую длительность жизни как таковой. Жизнь сохраняется в теоретически бесконечном временном интервале за счет ее постоянного воспроизводства путем размножения индивидуальных живых систем».

Как мы покажем дальше, вирусы, строго говоря, вообще не размножаются, а тем более в отсутствии живых клеток-хозяев. Они репродуцируются, воспроизводятся! Но клетки производят не только новые вирионы (отдельные вирусные частицы), а, например, ферменты, гормоны. И чем принципиально отличается от вирионов, скажем, инсулин, который продуцируется островками Лангерганса в поджелудочной железе теоретически тоже в бесконечном временном интервале, хотя никто его живым существом не считает.

Итак, Вл. Солоухин утверждает, что вирусы — не существа, а вещества. Вещества сложные, сумевшие так глубоко проникнуть в живую материю, что она без них по большому счету и существовать не может (она не может существовать и без глюкозы, и без витаминов, и без микроэлементов, однако это не дает оснований считать, например, аскорбиновую кислоту живой, хотя она и вовлечена в самые интимные механизмы жизнедеятельности), но тем не менее обладающие лишь некоторыми биологическими свойствами.

Как же возражает Д. Голубев?

Прежде всего, цитируя А. Эйнштейна: «Жизни присущ элемент истории». Эти слова мы трижды вспомним позднее, когда будем обсуждать проблему происхождения вирусов, но, не боясь лишних повторений, процитируем их и здесь. Ни поваренная соль, ни глюкоза, ни инсулин своей истории не имеют. Конечно, они когда-то впервые как-то возникли и с тех пор кем-то, где-то именно так и производятся (если, конечно, не изменилась технология их искусственного приготовления). Но истории как таковой у них нет.

История применительно к людям — вещь, не требующая определения (во всяком случае, в биологической литературе), ну а применительно к живому (не важно — «веществу» или «существу»), что понимать под этим словом? Что понимал под ним Эйнштейн?

Нам думается, что «элемент истории», о котором говорил великий физик, скорее всего ассоциируется с понятием эволюция. Никто не будет отрицать, что у вирусов есть эволюция, как и у бактерий, грибов, водорослей, кишечно-полостных или хордовых. Ну а у инсулина или гормонов, как таковых, эволюции нет. Она есть у гормональной системы, но не у самого гормона, хотя он и продуцируется клетками вроде бы так же, как и вирусные частицы.

Итак, эволюция? А что это такое? Из многих определений мы выбираем одно: эволюция — направленная (или векторизованная) изменчивость. Куда направленная, другой вопрос, но сам факт эволюционирования во времени (прогрессивного или регрессивного характера) — несомненный атрибут полноценной жизни. И это особенно будет очевидно, когда мы заговорим о происхождении вирусов: прогрессивная эволюция, регрессивная эволюция, эволюция! Элемент истории!

Далее. Даже поверхностное знакомство с миром вирусов не оставляет сомнений в том, что каждое их семейство, каждый род, каждый вид борются за свое существование. Оставим в стороне (пока!) самые странные с точки зрения их биологии ретровирусы, а возьмем «обычные», как пишут часто журналисты, инфекционные вирусы. Возбудители гриппа, например.

Не надо быть ни врачом, ни биологом, чтобы увидеть, как легко этот вид ускользает и от естественной защиты ранее переболевших людей, и от наших попыток его уничтожить с помощью вакцин и сывороток. «Делает» он это с помощью классического биологического приема — изменчивости своих основных свойств, благодаря чему постоянно находит контингенты чувствительных к нему особей. Разве это не то же самое, что делали и делают все прочие виды живых существ, борясь за свое существование? Ни глюкоза, ни инсулин так не поступают, хотя без них жизнь также невозможна.

И последнее. Вирусы пронесли через тысячелетия свою генетическую индивидуальность точно так же, как это сделал, например, человек, хотя за пять тысяч лет сменилось всего 200 поколений людей (если считать по четыре поколения в один век), а вирусов полиомиелита или оспы — примерно в 100 тысяч раз больше, учитывая, что срок жизни одной генерации вирусов исчисляется несколькими часами. Тем не менее достоверно известно, что египетские фараоны болели тем же самым полиомиелитом, что и президент США Франклин Д. Рузвельт, а оспины на лицах спартанских воинов ничем не отличались от такого же рода «украшений» у некоторых современников наших отцов и дедов.

Можно сказать, конечно, что и инсулин за это время тоже не изменился, но он за это время только не изменялся, а вирусы, с одной стороны, стойко пронесли свою индивидуальность, а с другой — постоянно ее меняли. В самом главном вирусные семейства, известные с древнейших времен, остались такими же, но вместе с тем в мире вирусов произошли и происходят постоянные изменения. Не будем сейчас обсуждать, откуда взялся вирус СПИДа — это особый разговор. Но вот другой пример — свежий и яркий.

В 1977 году в циркуляцию среди населения земного шара вернулся вирус гриппа А, уже однажды, в 1947–1957 годах, «разбойничавший» (так называемый вирус AI или A/HIN1 — по новой классификации). Начиная с 1977 года и по настоящее время он циркулирует, вызывает эпидемические вспышки, меняется (дрейфует), но делает это не так, как в 1947–1957 годах. Таким образом, вирусам присуща не только наследственность, но и изменчивость. Более того, сегодня мы знаем, что в основе последней лежат те же механизмы, что и у других живых существ: мутации, рекомбинации и отбор в популяции, то есть все то, что характеризует любую генетическую регуляцию в любой системе.

Вот только некоторые соображения Голубева. Но не будем ни на чем настаивать. Вопрос не прост.

Глава вторая Откуда они родом?

Чтобы решать, откуда вирусы взялись, хорошо было бы договориться о том, кто же они все-таки: вещества или существа. Не может же у них быть происхождения, не зависящего от их сути. Увы! Договориться о природе вирусов нам не удалось. И это, поверьте, отражает не только нашу неуступчивость, упрямство, если хотите, но и сложность проблемы, ее недостаточную изученность. Познание природы вирусов продолжается!

Но каково же реальное происхождение вирусов? Ведь какие бы они ни были загадочные, вряд ли кто-нибудь усомнится в том, что они — реальность. Реальность, да еще какая! Откуда же она взялась, эта реальность?

«Главным препятствием на пути к пониманию жизни является ее естественность», — говорил выдающийся английский естествоиспытатель Д. Бернал. Это мудрое положение невольно приходит на ум, когда мы начинаем рассуждать о происхождении вирусов.

Наивно полагать, что у вирусов может быть какое-то свое совершенно особое происхождение, отличное от всех других форм жизни. Рассуждая о возникновении царства Вира, невольно думаешь о судьбах всех других царств живой природы.

Вопрос, которого мы коснулись, и очень прост для понимания и бесконечно сложен. В конце концов живые объекты слагаются из тех же кирпичиков мироздания, что и неорганический мир. Материя едина. Стоит ли уж так рьяно доискиваться до истоков жизни, если материя вечна? Атомы, слагающие молекулы любых веществ, не изменились за миллионы лет, как остроумно замечает Мариэтта Шагинян. Так ли уж важно, в какое вещество они входят сегодня?

Все это верно, но специфика жизни столь разительна, что не думать об ее истоках человеческий мозг не мог. «Жизни присущ элемент истории», — сказал Эйнштейн, обсуждая сущность биологии и физики. И, пожалуй, это главное, что отличает одну науку от другой. Атомы не изменились за миллионы лет, формы живой природы изменились коренным образом.

С чего же началась история жизни? В нашей книге этот вопрос правильнее было бы сформулировать иначе: как менялись воззрения на происхождение жизни?

На протяжении нескольких тысяч лет они по существу оставались одинаковыми, сейчас, как и в глубокой древности, вполне актуальны два предположения: 1) жизнь была вечно (учение о биогенезе) и 2) жизнь так или иначе самозародилась (учение об абиогенезе).

Учения о биогенезе по сути дела нет. Есть более или менее остроумные гипотезы о панспермии, то есть о заносе жизни на Землю с других планет. В прошлом веке всерьез обсуждали возможность такого заноса с метеоритами и кометами. Такую гипотезу поддерживали не какие-нибудь писатели-фантасты, а крупнейшие биологи и физики Ю. Либих, Г. Гельмгольц, Д. Томсон и С. Аррениус. Последний даже допускал, что перенос мельчайших зародышей через межпланетное пространство может происходить под влиянием давления света, обнаруженного А. А. Лебедевым и Д. Максвеллом.

Так ли уж наивны эти гипотезы? Разве в наши дни не было опасений заноса вредных микробов с лунной поверхности? Разве первые посетители Луны — наши современники астронавты не сидели по многу недель в карантине по прибытии на Землю? И разве кто-либо сейчас может поручиться, что любая планета, на которую в будущем ступит нога человека, будет столь же безжизненна, как и Луна? Конечно, никто поручиться за это не может, и постановка вопроса о переносе жизни с одной планеты на другую вполне научна.

Кстати, чтобы это произошло, не нужны прилеты космонавтов, достаточно… космической пыли. Пыли такой на Землю действительно выпадает много — тысячи тонн ежегодно, а при пересечении Землей траекторий комет или при приближении к нам этих комет (например, недавно мы все были свидетелями прохождения неподалеку кометы Галлея) количество пыли многократно увеличивается.

Ничего сверхъестественного в такой гипотезе нет: действительно, в безграничном космосе, как можно судить по изученным на самом современном уровне отдельным метеоритам, органические вещества имеются. Правда, не в «живом» виде, что было бы, безусловно, странно, учитывая условия пребывания там, но в виде «кирпичиков», из которых при определенных ситуациях какие-то примитивные микроорганизмы могли бы, вероятно, возникнуть. Но…

Даже согласившись с тем, что жизнь на Землю занесена с других планет, мы вовсе не решим вопрос о происхождении жизни в принципе. А откуда она взялась на тех планетах? Тоже привнесена извне? Можно предположить все, что угодно, но нельзя забывать о том, что логика имеет свои собственные законы, такие же строгие, как и всякая другая наука. В силу этих законов каждое допущение, предположение, гипотеза неотвратимо ведут к соответствующим следствиям и выводам. Итак, если жизнь на Землю была занесена, то она могла быть занесена и на любую другую планету, а из этого, в свою очередь, вытекает… вечность жизни.

Как голая абстракция — это вполне допустимо: материя вечна, почему не может быть вечной жизнь как одна из форм существования материи? Однако такое представление встретило резкое возражение еще сто лет тому назад. «Вышеприведенная гипотеза „о вечности жизни“ и о внесении ее извне предполагает: 1) вечность белка, 2) вечность первичных форм, из которых могла развиться вся органическая жизнь. И то, и другое недопустимо» (Энгельс).

Прошедшие сто с лишним лет расширили наши представления о субстрате жизни (не просто белок, а белок в диалектическом единстве с нуклеиновой кислотой!), но ни в коей мере не поколебали неверия в «вечность первичных форм, из которых могла развиться вся органическая жизнь». «Жизни присуща история», — скажет через много десятилетий Эйнштейн, и вся совокупность современных естественнонаучных знаний подтверждает эту мысль, вновь цитируемую нами. Жизнь когда-то возникла!

Учение о биогенезе (вечности жизни) перекочевало в поэзию. Там пристало говорить о вечности, естествознание сталкивается с историей.

Итак, биогенеза нет, есть абиогенез, что дословно означает самозарождение. Термин этот имеет дурную славу, и недаром: ведь еще в XVII веке всерьез обсуждали самопроизвольность возникновения рыб, червей, лягушек и даже мышей из ила, росы и грязи. Да что там XVII век! Только в 1861 году Парижская академия наук присудила премию Л. Пастеру «за удачные опыты, бросающие свет на вопрос о самопроизвольном зарождении». Опыты были действительно удачными, они показали полную невозможность самозарождения и установили, что источником появления микробов в питательных жидкостях является пыль, носящаяся в воздухе и попадающая в питательную среду.

Трудно переоценить значение этих работ Пастера. Ведь еще в 1859 году другой французский микробиолог — Ф. Пуше на основании своих экспериментов сделал вывод о возможности самопроизвольного зарождения микробов. Неудивительно, что Парижская академия посулила выдать премию тому, кто «бросит свет на вопрос о самозарождении». «Бросит свет»! Так говорят только об очень спорных проблемах науки.

Свет бросил великий Пастер. После него о самозарождении организмов стало неприлично даже говорить, а это верный залог того, что на эту тему говорить действительно не будут. Последствия работ Пастера трудно переоценить. Асептика в хирургии, консервирование продуктов, стерилизация кипячением — вот только некоторые примеры того, что вошло в общественную практику людей с «„легкой руки“ бессмертного учителя, гениальность которого оказала столько услуг человечеству» (именно так было сказано в торжественном приветствии 27 декабря 1892 года, когда в Сорбонне праздновался семидесятилетний юбилей Пастера).

Но… мы уже не раз отмечали, что пути прогресса неисповедимы. Опыты Пастера не только пролили свет на теорию самозарождения, но придали силы… виталистам. «Если даже самые простые микроорганизмы не могут самозарождаться, — рассуждали они, — значит, жизнь существовала вечно!» Некоторые пошли и того дальше! Современник Пастера — П. Прейер принимал не только вечность жизни, но и ее первичность, считая, что неорганический мир произошел от органического. Не будем всерьез обсуждать эту мысль, отнесем ее к издержкам полемики, но как же быть с самозарождением?

В истории науки (и особенно биологии) не раз были такие ситуации, когда фактор времени совершенно неожиданно становился (да и становится!) самостоятельным аргументом в научном споре. «Вы говорите, что человек когда-то произошел от обезьяны? — восклицает современный скептик. — Хорошо, я вам поверю, но почему этот процесс не происходит теперь?» Кстати, один знакомый нам шестилетний мальчик задал тот же вопрос в куда более остроумной форме: «Мама, не можешь ли ты назвать мне каких-нибудь наших знакомых стариков, которые раньше были обезьянами?»

Несколько десятилетий тому назад в студенческих аудиториях на лекциях звучало примерно следующее: «Своим утверждением: „каждая клетка из клетки“ Р. Вирхов игнорировал тот факт, что все клетки возникли из доклеточного, неклеточного вещества! Чтобы опровергнуть Вирхова, надо сейчас получить клетку из неклеточного вещества. И мы это сделали, вот, любуйтесь…»

Как вскоре выяснилось, любоваться было совершенно нечем, но очередное опровержение так называемого «учения» О. Б. Лепешинской нас сейчас не заботит.

Перед нами три разные (а в сущности, совершенно одинаковые) логические ошибки: 1) если ты говоришь, что это было, то покажи мне это сейчас («человек-обезьяна»); 2) чтобы доказать, что это было, я сейчас же вам покажу («происхождение клетки из неклеточного вещества»), и, наконец, 3) если этого нет сейчас, значит, этого никогда не было («самозарождение микробов и самозарождение жизни»). Везде фактор времени используется примитивно и… да простит нам читатель, пошло. Понятие когда-то подменяется понятием недавно (неделю, месяц, год тому назад, то есть при мне, только не сегодня). А между тем мы вынуждены еще раз повторить мудрые слова Эйнштейна: «Жизни присуща история». Поверив в эти слова (а у нас нет другого выхода), мы должны даже при отсутствии прямых доказательств поверить в некоторые допущения, поскольку они неотвратимо вытекают из исходных посылок.

Мы договорились, что истоки жизни надо искать на Земле. Но в начале своего существования наша планета была раскаленным шаром, и жизнь на ней была физически невозможна. Значит, она могла возникнуть, только когда Земля частично остыла и условия стали меняться. Вот тут-то и началась История, история зарождения жизни (не будем пользоваться термином самозарождение, ведь она зародилась отнюдь не сама, а в очень реальных земных условиях, которые ее в конечном-то счете и породили), и история Земли — тоже достаточно сложная и длительная. И этим историям суждено развиваться вместе, ибо без второй не могло быть первой.

История Земли! В нашу задачу не входит ее описание. Заметим лишь, что по гипотезе А. И. Опарина — Д. Холдейна первоначально кислород в атмосфере отсутствовал и появился лишь значительно позднее, когда возникли фотосинтезирующие молекулы, подобные хлорофиллу. После этого использование солнечной энергии стало более эффективным, что, безусловно, стимулировало развитие жизни. Вот только один эпизод, но нетрудно заметить, какое огромное влияние он оказал на историю жизни.

Ну а сама эта история? Жизнь, несомненно, зародилась в океане и с момента зарождения до нынешних форм прошла ряд последовательных этапов. Каких? Д. Бернал характеризует их так:

от атома до молекулы;

от молекулы до полимера;

от полимера до организма.

Иными словами: органической эволюции жизни в ее дарвиновском понимании предшествовала эволюция химическая, возможно, гораздо более длительная.

Из каких же конкретных процессов складывалась химическая эволюция?

На первой стадии из воды, метана и аммиака произошло формирование промежуточных органических молекул, характерных для жизни, — аминокислот и азотистых оснований. Эти молекулы и явились составными частями «первичного бульона» Холдейна — Опарина.

На втором этапе в этом первичном бульоне возникают полимеризованные молекулы. Здесь Бернал впервые произносит слово жизнь, называя ею динамическую организацию процесса существования этих полимеров.

Наконец, на третьем этапе осуществляется переход от простой метаболизирующей среды, лишенной каких бы то ни было специфических границ и внутренних различий, к организму, обособившемуся от окружающей его неживой природы. Венцом этой стадии является «эукариотическая» (содержащая ядро) клетка. Ее Бернал связывает с подлинным возникновением жизни, откуда начинается органическая эволюция, которую изучает дарвинизм.

Мы не будем вступать в дискуссию с Опариным, Холдейном, Берналом о деталях и частностях предложенных ими гипотез. Нас интересует другое: какое место принадлежит вирусам в этой иерархии усложнений? Ответить на этот вопрос совсем не просто. Ведь Бернал при всей четкости своих формулировок слово «жизнь» употребляет дважды: первый раз, когда говорит о полимерах и о динамической организации их существования, а второй — при характеристике ядерной клетки, дающей подлинное (!) начало жизни.

Итак, некая первичная жизнь, с одной стороны, и подлинная жизнь — с другой! Откуда такая неточность понятий? Можно подумать, что мы покинули прочные основы естественнонаучного познания и ступили на шаткие подмостки парапсихологии. Поразительно, что каждый новый научный авторитет, способствующий выяснению каких-то конкретных деталей в процессе возникновения жизни, в коренной вопрос о границе живого и неживого вносит… да простят нам авторитеты… новую путаницу. Возьмем, к примеру, Холдейна. Этот выдающийся ученый, опубликовавший в 1929 году фундаментальный труд «Возникновение жизни», ввел в научную литературу термин… полужизнь. Причем полуживыми он считал и вирусы, способные существовать в присутствии такого широкого набора ферментов, какой можно найти только в живой клетке, и составные части самой клетки, которые он называет «многочисленными полуживыми химическими молекулами, взвешенными в воде и заключенными в маслянистую пленку».

Очень мудрые слова сказал Сергей Есенин: «Лицом к лицу лица не увидать…» Впрочем, народная мудрость уже давно определила то же самое пословицей: «За деревьями леса не видно». Чтобы разобраться в существе дела, от него полезно отдалиться и встать на почву неких незыблемых фактов. Обезьяна — не человек, это бесспорно! Человек — не обезьяна, надеемся, что это тоже именно так. Но когда Э. Дюбуа нашел кости питекантропа, одни специалисты объявили, что это кости животных, а другие столь же уверенно утверждали принадлежность этих костей к скелету человека. В общем, по-своему правы и те и другие. Все зависит от того, что понимать под словом «человек» или «человечество».

Примерно те же коллизии — при определении границ жизни. Еще недавно верх диалектики заключался в признании следующей цепи событий, как ее живописует со слов Д. Холдейна Дж. Свифт:

Но оказывается, что не до бесконечности, а до… бактериофага. Когда в 1917 году Ф. Д’Эррель открыл паразитов бактерий, то есть бактериофагов, он нашел самого маленького «блошонка». «Блоха бактериофага была бы величиной с атом, а атомы не могут вести себя как блохи!» — восклицает Холдейн, и в этом он имеет огромное число единомышленников от Лукреция Кара до Мариэтты Шагинян: «Звено, соединяющее живое с неживым, лежит где-то между клеткой и атомом». Великолепные слова, особенно для 1923 года. Через 20 с лишним лет Бернал уточнит: между клеткой и атомом лежат молекулы и полимеры. С молекулами типа отдельных аминокислот или азотистых оснований жизнь связана быть не может. Эти молекулы явились лишь частями первичного бульона, в котором зародилась жизнь.

Но что, собственно, значит зародилась? Бернал полагает, что это зарождение связано с образованием полимеров, существованию которых присущ некоторый динамизм. Вот здесь-то и возникает впервые термин жизнь, или полужизнь по Холдейну. Динамичные полимеры — это бактериофаги (да и вирусы вообще). Живые они, полуживые или мертвые? В конце концов, как и в случае с костями питекантропа, это зависит от точки зрения. И мы с вами в предыдущей главе уже в этом убедились.

Но главное состоит в другом. Стадии «полуживых» динамических полимеров в истории возникновения жизни на Земле не могло не быть. Холдейн утверждает, что жизнь (видимо, полужизнь по его же терминологии) находилась на этой, то есть вирусной стадии многие миллионы лет, прежде чем подходящий набор элементарных единиц оказался собранным в первой клетке.

Чрезвычайно интересны его рассуждения о том, что эта первая клетка — вероятный предок всех клеточных организмов на Земле (причем единственный предок!) — явилась на свет после множества неудач. Но уже (случайно!) возникнув, она располагала столь неизмеримыми преимуществами перед своими конкурентами, что клеточной жизни не нужно было возникать многократно; все ныне известные формы, по-видимому, потомки той первой клетки. Именно поэтому молекулы живых тел асимметричны, хотя ничто в природе не мешает образованию их пространственных антиподов.

Появление первых клеток как итог вероятностного процесса (случайного, если хотите!) — достойная предтеча дарвиновского отбора в популяции клеточной особи любой степени сложности и блистательный финал химической эволюции. К сожалению, все это имеет весьма относительную ценность применительно к нашему предмету. Ведь рождение клетки — конец «вирусной» стадии жизни. Эта стадия (как этап возникновения жизни на Земле) давно окончилась, иначе не было бы даже попыток написать эту книгу. Но вирусы остались. «Полужизнь» осталась и внутри клетки в виде ее органелл и компонентов.

Как же соотносятся эти миры между собой? Что такое современные вирусы: потомки тех динамических полимеров, которые давно исчезли, заблудившиеся органоиды современных клеточных организмов или… впрочем, нам надо изменить стиль изложения. Происхождение вирусов — достаточно определенный раздел в современной вирусологии, и мы не сможем сдвинуться с места, не рассмотрев этот раздел во всех подробностях.

Споры о происхождении вирусов начались сразу же вслед за открытием первых представителей царства Вира, и можно смело сказать, что они никогда не прекратятся. Профессор В. И. Товарницкий вспоминает тридцатые годы, когда «…в научных кругах и в широкой печати велись ожесточенные дискуссии о природе вирусов. Много в то время вокруг этого вопроса было поломано копий и разыграно дискуссионных баталий. Сейчас совершенно ясно, что споры эти в большинстве случаев были беспочвенны и преимущественно словесны. Для обоснованных дискуссий в то время не хватало еще очень многих фактов и экспериментального материала». С этими словами нельзя не согласиться — действительно, не хватало. Ну а сейчас хватает? Посмотрим…

Что доподлинно известно? Прежде всего то, что вирусы произошли! Не комично ли выглядит такая сентенция в главе о происхождении вирусов? Нет! Утверждение, что вирусы произошли, может быть как нельзя лучше расшифровано словами виднейшего современного вирусолога, нобелевского лауреата С. Луриа: «вирусы… имеют свою эволюционную историю, если не вполне, то во всяком случае в известной степени независимую от эволюции организмов, в которых они репродуцируются». Ну а коль скоро это так, то понятно существование по крайней мере трех взаимоисключающих гипотез по этому поводу:

1) вирусы — потомки бактерий, результат их регрессивной эволюции;

2) вирусы — «заблудившиеся» клеточные органоиды (рибосомы, фрагменты хромосом);

3) вирусы — потомки доклеточных форм жизни, из которых произошли и клетки, с одной стороны, и нынешние представители царства Вира — с другой.

Сразу оговоримся: ни одна из этих гипотез экспериментально не доказана, да и трудно представить себе прямое подтверждение какой-либо из них даже в наш век, когда, по образному выражению В. И. Товарницкого, «молекулярная биология вирусов… стала своеобразной поэмой о простейших неклеточных формах жизни, реализующих свои биологические потенции на уровне молекул и их взаимодействий». Тем не менее эти гипотезы существуют, и в каждой из них заключен немалый заряд достоверности, хотя и в значительном разбавлении вероятными, возможными, а быть может, и… невозможными ситуациями. Попробуем разобраться в этих гипотезах, ни на минуту не забывая, что вирусы имеют свою собственную эволюционную историю, а всякая история, в том числе и естественная, должна с чего-то начинаться.

Могла ли история происхождения вирусов начинаться с бактерий, то есть можно ли представить себе, что все представители царства Вира произошли от бактерий?

Прежде чем обстоятельно ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить, какой расцвет переживала бактериология в период, когда вирусология только зарождалась. На протяжении всего нескольких десятилетий были открыты возбудители опаснейших инфекционных заболеваний. От одного перечисления разгаданных инфекций может закружиться голова: 1873 год — открытие возбудителя проказы, 1882 — туберкулеза, 1883 — холеры, 1884 — дифтерии и брюшного тифа, 1885 — столбняка, 1887 — коклюша, 1891 — дизентерии, 1894 — чумы.

Параллельно с выделением возбудителей активно формировались меры борьбы с ними — дезинфекция, вакцинопрофилактика, серотерапия (лечение сыворотками)… Как было не поверить в могущество бактериологии, в универсальность мира бактерий!

У колыбели первого законорожденного вируса — возбудителя мозаичной болезни табака Д. И. Ивановский и М. Бейеринк спорили о природе открытых заразных начал — контагий. Спор этот завершился победой Ивановского, полагавшего, что открытый им агент — живое, фильтрующееся через бактериальные фильтры существо, а не жидкое ядовитое вещество типа токсина бактерий. Однако в умах целого поколения микробиологов живой организм каких угодно малых размеров не мог не ассоциироваться с бактериями, либо малыми по размеру, либо…

В 1910 году микробиолог Д. Фонтес, фильтруя через бактериальные фильтры старые культуры туберкулезных палочек, обнаружил, что в фильтратах содержится нечто способное в дальнейшем развиваться на питательных средах в колонии микроорганизмов, которые хотя и отличаются по ряду свойств от классических палочек Коха, но тем не менее являются, несомненно, возбудителями туберкулеза.

Открытие Фонтеса получило подтверждение и с жаром было подхвачено в 20-е годы великим Кальметтом, обессмертившим свое имя созданием противотуберкулезной вакцины БЦЖ («бациллы Кальметта и Герена»). Именно А. Кальметт ввел термин «туберкулезный ультравирус», после чего аналогичные формы были описаны у возбудителей дизентерии, брюшного тифа, паратифов, дифтерии, чумы, холеры и многих других болезней.

Сейчас, с высоты конца 80-х годов XX века, легко критиковать заблуждения пионеров науки и говорить, например, о том, что фильтруемость бактерий — явление, имеющее отношение к регенерации, но отнюдь не к происхождению вирусов. Куда большей заслугой является лекция выдающегося румынского микробиолога С. Левадити в Институте Пастера в 1920 году, когда он протестовал даже против термина «туберкулезный ультравирус» и утверждал, что собственно вирусы обладают совсем другими свойствами, чем вирулентные элементы фильтратов микробов.

Однако этот поистине вещий голос не был услышан ни Кальметтом, ни другим выдающимся французским микробиологом — Ш. Николлем. В целой серии статей и лекций в College de France и, наконец, в большом труде «Судьба инфекционных болезней» этот ученый развил теорию о том, что в эволюционном цикле любых бактерий существуют невидимые фильтрующиеся формы — стадии ультравируса. Отсюда уже рукой было подать до гипотезы о том, что все вирусы произошли от бактерий. «Инфрамикробы, — писал Николль, — постепенно отделились от видимых микробных форм, быть может, ведя свое происхождение от тех эндогенных зернистостей, которые у некоторых групп микробов… характеризуют наиболее активный тип с точки зрения патогенности».

Теория Николля была стройна и изящна: существует некая лестница регрессивной эволюции: бактерия→фильтрующаяся форма бактерий→фильтрующиеся вирусы. Фильтрующаяся форма бактерий — та ступенька лестницы, где еще возможно балансирование, откуда еще возможен возврат к бактерийной форме и откуда постепенно отщеплялись истинные ультравирусы.

Николль думал и поступал как настоящий бактериолог: истинные вирусы (истинными он, кстати, непосредственно не занимался) были неотличимы от фильтрующихся форм бактерий по главному признаку — способности проходить через бактериальные фильтры и при этом сохранять биологическую активность. Если учесть, что ультрафильтрация — основной методический прием выделения вирусов вплоть до 30-х годов, ход мысли Николля весьма трудно оспорить. Так возникла теория происхождения вирусов за счет регресса бактерий.

В истории человечества немало примеров мнимого авторства. Достаточно вспомнить, кто открыл Америку и в честь кого она называется. С. Цвейг убедительно доказал, что Америго Веспуччи не виноват в случившемся. Ну а Колумб разве виноват? Факт остается фактом: так случилось, и вряд ли когда-нибудь истина в этом вопросе восторжествует, даже если удастся воспользоваться советом В. В. Маяковского и открыть Америку вторично.

В свете этой гигантской «неточности» наш пример выглядит сущей безделицей: теория регрессивной эволюции бактерий в вирусы в истории вирусологии связана с именем… Р. Грина.

Молодой американский вирусолог опубликовал в 1935 году в журнале «Nature» статью под названием «О природе фильтрующихся вирусов». В этой статье объемом в… две страницы он сформулировал гипотезу о происхождении вирусов из бактерий, не цитируя Николля. Мы осмелимся предположить, что в этом факте не было ни невежества, ни нескромности (в их житейском понимании) Грина. Нам кажется, что все дело в эгоцентричности молодой науки вирусологии, представителем которой был Грин. Вирусолог середины 30-х годов уже не нуждался в такой связи с бактериологией, как микробиологи предшествующих десятилетий.

1935 год знаменателен для вирусологии. В этом году У. Стенли показал, что вирус мозаичной болезни табака — нуклеопротеид, который может быть получен в химически чистом виде и даже… в виде кристалла. По сути дела, современная молекулярная биология вирусов началась именно с этой работы Стенли, отмеченной Нобелевской премией.

В 1935 году Грин сформулировал свою гипотезу о происхождении вирусов из бактерий, и хотя он не пользовался данными Стенли, его рассуждения были типичными для вирусолога, понимающего специфику вирусного паразитизма. Именно поэтому маленькая статья Грина стала вехой в истории вирусологии, и его гипотеза была подхвачена и развита в дальнейшем таким универсальным «биологическим полиглотом», каким является нобелевский лауреат Ф. Бернет.

В юбилейной речи по поводу своего семидесятилетия Бернет много говорил о путях научного познания вообще и о своем творческом методе. В частности, он отметил, что нацело теряет интерес и даже начинает испытывать отвращение к пройденным этапам своего творческого пути. Он никогда не возвращается к проблемам, которыми уже однажды занимался. И действительно, вот уже многие годы мир знает Бернета-иммунолога, автора одной из ведущих теорий образования антител в организме.

Но в 1943 году Бернет еще не испытывал к вирусологии никакого отвращения, и именно тогда была опубликована его небольшая по объему, но весьма значительная по содержанию книга «Вирус — как организм». В ней Бернет развил гипотезу Грина и насытил новыми фактами, которые накопило человеческое познание за самое бурное в новейшей истории десятилетие.

Модернизированные Бернетом взгляды Грина выглядели в 1943 году примерно так. В процессе упрощения организации и потери способности к самостоятельному обмену веществ паразитические бактерии должны были дойти до такой стадии, когда окружающая их полунепроницаемая оболочка стала пределом и помехой для дальнейшей эволюции. Потеря оболочки сняла эти ограничения, так как образовавшийся организм мог теперь свободно присоединять к себе компоненты хозяина и использовать чужие (хозяйские) ферменты для синтеза необходимых соединений.

Нельзя не признать, что эта система взглядов действительно не нуждается в бактериологических предтечах. Рассуждения Грина — Бернета весьма обстоятельно учитывают биологию паразитизма. Вот почему нельзя не разделить мнение профессора ботаники Иллинойского университета Л. Блэка, который поставил Грина в число наиболее крупных теоретиков и философов вирусологии после Ивановского, открывшего мир этих неведомых существ. «На меня произвело впечатление, — сказал Блэк в 1964 году в Москве на конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Д. И. Ивановского, — воображение Грина, его проницательность, с которой он представил… полное описание возможной картины происхождения и эволюции вирусов… ведь он выдвинул свою гипотезу до того, как вирус был выделен или обнаружен в электронном микроскопе, а также значительно раньше того, как стало известно, что нуклеиновая кислота и белок являются существенными компонентами… вирусных частиц».

Все это так. Но как обстоит дело сегодня, когда хорошо известна и электронно-микроскопическая и биохимическая организация вирусов? Каковы современные аспекты теории о регрессивной эволюции бактерий в вирусы? Говоря словами С. Луриа, эта теория в ее первоначальной форме имеет весьма мало сторонников. Слишком велик разрыв между вирусами и клеточными паразитами (бактериями или простейшими). Он не заполняется рассуждениями о регрессе, ибо вирусный нуклеокапсид (а именно такова биохимическая анатомия вириона — соединение нуклеиновой кислоты и белка) не является аналогом клетки, как бы далеко ни зашло ее упрощение. Белковые капсиды вирусов подобны клеточным органеллам, состоящим из белковых субъединиц, но не клеточным мембранам. Вирусы имеют оригинальное неклеточное строение, и оно никак не «выводится» из клетки: можно сравнивать анатомию мартышки и человека, но вряд ли стоит сопоставлять органы морской звезды и лисицы.

Не помогает гипотезе и тот факт, что между вирусами и полноценными бактериями находятся две группы промежуточных форм: риккетсии и хламидозоа. Что они собой представляют?

Риккетсии — это мелкие бактерии, размножающиеся путем деления (чего никогда не делают вирусы), обладающие достаточно автономной системой продукции энергии (чего нет у вируса) и имеющие оболочку, весьма напоминающую бактериальную мембрану (опять-таки нацело отсутствующую у всех вирусов). У риккетсий дефектен набор ферментов, поэтому для размножения они нуждаются в условиях живой клетки и не растут на искусственных питательных средах, но в общем — это маленькие, дефектные бактерии.

Хламидозоа (возбудители трахомы, пситтакоза и других заболеваний) также сходны с бактериями, но регресс зашел здесь еще дальше. У них нет сплошной жесткой клеточной стенки, но в поверхностных слоях содержатся соединения, родственные бактериальным мембранам.

Главное же состоит в том, что и риккетсии, и хламидозоа делятся и только таким путем производят свое потомство, в них содержится два типа нуклеиновой кислоты — ДНК и РНК. Вирусам не присуще ни то, ни другое. В процессе регресса функции утрачиваются, но невозможно себе представить, чтобы при этом одна нуклеиновая кислота взяла на себя функции обеих! А ведь только так могли произойти вирусы (РНК- или ДНК-содержащие) из бактерий с четко разделенными по своей функциональной принадлежности нуклеиновыми кислотами.

Похоже, что гипотеза Грина не выдержала испытание временем. Ее наиболее горячие адепты, как и некоторые доброжелательные противники, сейчас иначе толкуют вопрос о происхождении вирусов и их связи с элементами клеток. Но об этом — ниже. Завершая этот большой раздел истории блужданий человеческой мысли, нам хотелось бы мельком вспомнить об одном грустном эпизоде.

В 50-е годы фильтруемость бактерий неожиданно вновь стала весьма «актуальной» проблемой. Неожиданно воскресли методические приемы первых лет XX века и возникли претенциозные и безграмотные формулировки: «Каждый микроб может превратиться в вирус, каждый вирус в микроб»… История вынесла суровый приговор и формулировкам, и их автору Г. М. Бошьяну. Комментарии излишни.

Судьба научных гипотез весьма различна. Некоторые из них забываются нацело или сохраняются в памяти людей как образец нелепости, явных заблуждений. Таковы гипотезы о теплороде (флогистоне), весе эфира, гомункулюсе — маленьком человечке, из которого развивается взрослый человек. Есть гипотезы неверные в основном, главном, но точно отражающие детали явления, а потому в чем-то до поры до времени полезные (геоцентрическая гипотеза Птолемея). Есть, наконец, гипотезы-провидения, полностью подтверждаемые много лет спустя. Именно такими оказались воззрения древних стихийных диалектиков и материалистов — Гераклита, Фалеса, Демокрита. И все же большинство научных гипотез содержит в себе, как правило, лишь крупицу истины, которая и остается в памяти человечества.

Только некоторые — и, увы, очень редкие — гипотезы так точно и глубоко отражают суть явлений, что их ценность не исчезает никогда. Но это уже не гипотезы — это теории, это бесценные сокровища человеческого познания, которые никогда не будут отменены. Развиваясь по спирали, познание только углубляет эти представления, а человечество все более и более поражается гениальности этих творцов.

Таков, например, закон Д. И. Менделеева. Открытый 1 марта 1869 года, он, по словам академика Б. М. Кедрова, «…продолжал постоянно совершенствоваться, сначала в области химии, …затем в области физики, геохимии и астрофизики, куда он распространился уже в нашем веке. В XX веке этот закон составил прочную основу всего современного учения о веществе… В самое последнее время начинает выясняться, что он касается и элементарных частиц, свойства которых также обнаруживают своеобразную периодичность в зависимости от массы частицы».

Нам лично кажется, что эта зависимость от массы нуклеиновой кислоты лежит и в основе всей эволюции вирусов. Пока же нам хочется сказать, что в вопросе о происхождении вирусов такой теории нет. Есть гипотезы. Одну из них мы разобрали. И пришли к выводу: сейчас почти никто не считает, что вирусы возникли в результате деградации бактериальной клетки, но…

Вспомним забытого Николля. Ведь он полагал, что субклеточные инфрамикробы могли произойти либо от целых бактерий, либо от… эндогенных зернистостей этих бактерий. Правда, Грин об этом не говорил, но ведь он вообще не вспоминал о Николле. Тем не менее у колыбели гипотезы о регрессивной эволюции клеток как причине рождения вирусов стоят оба этих ученых. И нужно признать, что в самой этой гипотезе есть элемент, который весьма заманчив для молекулярных биологов, знающих, из чего состоят и как функционируют субклеточные структуры.

Итак, гипотеза вторая. Как заметил Д. Уотсон в начале пятидесятых годов, «…среди наиболее прозорливых генетиков бытовало подозрение, что вирусы — это нечто вроде чистых генов». Среди этих наиболее прозорливых ученых был учитель Уотсона — профессор С. Луриа.

Вместе с физиком-теоретиком М. Дельбрюком этот очень известный микробиолог с конца сороковых годов сосредоточенно работал над изучением размножения фагов, то есть вирусов, живущих в бактериях. Луриа понимал, одного только биологического изучения «чистых генов» (то есть фагов) недостаточно, чтобы раскрыть законы регулирования наследственности клеток. Он был убежден, что для истинного проникновения в суть этих вопросов необходимо познать химическое строение генов. Эту задачу он возложил на своего ученика Уотсона, которого послал в Европу изучать химию наследственных структур. Что из этого получилось, известно всем. Д. Уотсон и Ф. Крик разгадали структуру генетического кода и создали свою «двойную спираль».

Но это уже другой вопрос.

Нас интересуют сейчас подозрения о том, что вирусы можно рассматривать как заблудившиеся клеточные компоненты. Оказывается, подозрения такого рода были высказаны еще в 1922 году генетиком Г. Мюллером. Во взглядах Ш. Николля они тоже присутствовали. Во всяком случае их там можно усмотреть. Во взглядах Грина таких подозрений не было, но, внимательно читая его гипотезу, сформулированную в 1935 году, 30 лет спустя Блэк усмотрел в ней намек на мысли Мюллера. Вот что он писал: «…тщательное знакомство со статьей Грина приводит к выводу, что его гипотеза должна и сейчас (то есть в 1964 году) привлечь наше серьезное внимание в свете концепции о том, что вирусы могли возникнуть из органелл клетки».

Будем справедливы и последовательны: Грин не думал о такой возможности, но, читая его работу сегодня, об этом действительно думаешь. Такова особенность научного мышления. В этом одна из главных непреходящих ценностей научных гипотез, даже не выдержавших испытания временем и не превратившихся в теории и законы. Вирусология слишком еще молодая наука, чтобы можно было пренебрегать ассоциациями.

Что же именно напоминают вирусы? Уже с 30-х годов после работ У. Стенли стало ясно, что вирусы — это нуклеопротеиды, соединение белка с нуклеиновой кислотой: ДНК-содержащие вирусы — дезоксирибонуклеопротеиды, РНК-содержащие — рибонуклеопротеиды. В клетке любого происхождения нуклеопротеиды играют выдающуюся роль, так как дезоксирибонуклеопротеидами являются хромосомы, а рибонуклеопротеидами — рибосомы.

Могут ли «заблудиться» эти важнейшие клеточные компоненты и стать родоначальниками самостоятельных паразитических существ? Луриа находит, что могут. Опровергая гипотезу Грина о деградации бактерий в вирусы, он тем не менее считает, что вирусы (во всяком случае, ДНК-содержащие) — итог регрессивной эволюции клеточных органелл. Он полагает, что этот процесс мог касаться как паразитических, так и независимых клеток высших организмов. Вирусы как порождение клетки животного, растения, человека! А если это порождение произошло не только в истории, но может происходить и теперь? Возможно ли это?

«Возможно», — скажем сразу и категорически, но… позвольте вернуться к этому в главе, посвященной раку. Именно там мы сможем обсудить эту гипотезу так, как она того заслуживает. Пока же вновь поговорим о вирусах как возможных потомках самостоятельно эволюционировавших доклеточных форм «преджизни» или «полужизни».

Как реально могли вирусы произойти таким путем? Вот как вслед за Холдейном и Берналом описывает этот возможный процесс академик АМН СССР В. И. Вотяков: «…На какой-то стадии остывания планеты, когда температура ее поверхности снизилась до нескольких сот градусов и образовалась твердая кора из тугоплавких элементов, атомы водорода, азота, кислорода и углерода (естественно, и многих других, но эти — главнейшие) стали объединяться в молекулы. Высокая реакционная способность водорода обеспечила образование аммиака, метана, углекислого газа, водяных паров, цианистого водорода. Предполагается, что в силу ряда причин (например, высокой плотности перечисленных газов, водяных паров, меньшей скорости вращения Земли, благодаря чему слой газов над ней достигал не десятков, как теперь, а сотен километров) атмосферное давление у поверхности равнялось ста пятидесяти — двумстам атмосферам».

Отсутствие озонового щита позволяло жестким солнечным лучам врываться в этот слой газов без потерь, что вызывало их ионизацию. К тому же в небе остывающей Земли постоянно громыхали грозы, сверкали молнии. А как показано в экспериментах, при пропускании через смесь горячих газов, содержащих пары воды, электрических разрядов, особенно, если эти газы находятся под высоким давлением, легко образуются различные органические соединения: аминокислоты, углеводы, пурины и пиримидины. Все перечисленные вещества, в свою очередь, в подобных условиях могут объединяться дальше, в более крупные агрегаты, такие, как нуклеиновые кислоты, обладающие двойной спиралью, например ДНК.

Какое-то время вся эта органика находилась в атмосфере, но наступил момент (через десятки, а может, сотни миллионов лет), когда кора охладилась настолько, что газы и пары воды стали конденсироваться и падать на поверхность, заполняя своеобразным бульоном все углубления и низины. Сравнение с бульоном Вотяков приводит не случайно, ибо охлажденная кора все же была еще достаточно горяча и во многих местах бульон кипел. Ну а при кипении что-то испаряется больше, что-то меньше, в результате чего концентрация органических веществ повышается. Не исключено, что вследствие активных геологических процессов первичный океан не раз менял свои очертания, от него отделялись моря и озера, в которых концентрация повышалась еще больше.

Как бы то ни было, но под действием физических и химических факторов из отдельных мелких и средних молекул органических веществ стали образовываться крупные их агрегаты. Здесь уместно вспомнить и недавно высказанную гипотезу о важной роли глины в создании таких крупных агрегатов. Первая из осадочных пород — глина — обладает большой адсорбционной способностью, она к тому же не только концентрирует многие химические соединения, но и упорядочивает их расположение. По крайней мере авторы «глиняной» гипотезы шутят: мол, не случайно в Библии говорится, что бог слепил Адама именно из глины.

Одно из важнейших свойств ДНК — способность к саморепликации (построению копий по первичной матрице), по-видимому, и послужило основой для процесса воспроизводства нуклеиновых кислот в достаточно большом количестве. А затем произошла их ассоциация с белковыми молекулами, что и привело к возникновению вирусов. Но эта ветвь эволюции оказалась тупиковой: дальнейшего усложнения организации не произошло, хотя одновременно в каком-то другом участке океана или в отдельном, изолированном море дело продвинулось вперед успешнее, и органические вещества типа первичных вирусов сумели обзавестись протоплазмой и стать клеточными организмами.

Прошло какое-то время (десятки, сотни миллионов лет?), и после очередного геологического катаклизма вирусы и клетки встретились. Поскольку клетки «научились» питаться более простыми химическими соединениями, а вирусы этого не умели, им пришлось стать внутриклеточными паразитами, каковыми они и являются до сих пор. Ну а так как гены клеток и вирусы создавались по одной схеме и из одинаковых веществ, вирусы стали не просто внутриклеточными, а внутригенными паразитами, привносившими при своем внедрении в клетку массу новой информации. Именно этим и определяется, собственно говоря, быстрая эволюция живой материи.

Глава третья Как устроены вирусы

Обсудив и поспорив по поводу того, «откуда они родом», пришла пора наконец представить вам нашего героя: нарисовать портрет, сообщить о внутреннем строении, об излюбленном месте жительства и родственниках… Короче, заполнить анкету. Но так же, как и анкета, предъявляемая каждым из нас при устройстве, например, на работу, лишь в очень малой степени способна охарактеризовать человека, и потому кадровики требуют дополнять ее другими документами (автобиографией, трудовой книжкой, копиями различных дипломов и справок), так и по отношению к вирусу голая анкета мало что о нем расскажет. И чтобы анкета «заговорила», мы решили не ограничивать себя узкими рамками сокращенной схемы, а попытаться достаточно подробно изложить не только сами факты, но и путь, по которому, добывая их, шла наука.

Истинные научные открытия отличаются от ложных тем, что последующие движения человеческой мысли их никогда не отметают. Никем и никогда не будет отменена ни теорема Пифагора, ни классификация растений К. Линнея, ни Периодическая система элементов Менделеева. Как бы ни был высок уровень знаний, этим творениям ума всегда найдется соответствующее место, ибо путь познания идет по спирали. Законы Ч. Дарвина действуют и в мире вирусов, о котором ученый не имел ни малейшего представления! Разве это не удивительно! Впрочем, как именно действуют, мы поговорим дальше и наверняка поспорим. А пока вернемся к структуре вириона.

Мы полагаем, что читатель достаточно хорошо представляет себе, что такое белки и нуклеиновые кислоты. Коль скоро это так, осталось их сложить — и вирус готов. Совсем, как говорится в веселой оперетте, «…к каждому слову прибавляешь частичку „ус“, и латынь готова». Не нужно обучаться латинскому языку, надо только научиться складывать.

Увы! Кое-где правила арифметики бессильны. Как справедливо отметил один из крупнейших современных биологов Л. Берталанфи: «Зная все о том, что такое один, и зная, что один и один составляют два, мы еще не знаем всего о том, что такое два, ибо тут добавляется еще какое-то „и“, и надо знать, что этот элемент „и“ вносит с собою».

Для врача-вирусолога, имеющего дело с инфекционным вирусом, утверждение «вирус = нуклеиновая кислота + белок» просто ничего не означает. При попытках обнаружить вирусы, например заражая животных, куриные эмбрионы или тканевые культуры, слагаемые вируса (как суммы!) никак не выявляются. Разрушая клетки, убивая животное, вирус выступает как единое целое, состоящее из разных компонентов, диалектически связанных между собой. Вирусолог-биолог стихийно стоит на позиции Берталанфи, на позициях органицизма, то есть такой системы взглядов, которая исходит из невозможности сведения сложного к простому и объектом своего исследования согласна принимать лишь ту или иную степень целостности, тот уровень организации, который адекватен характеру изучаемых функций и свойств. Характеру биологических потенций вируса-паразита адекватен весь вирус как единство его компонентов. Ни один из этих компонентов не подменяет и не может заменить их единства.

Но… что же это означает? Что вирус не состоит из белка и нуклеиновых кислот? Достаточно нам слишком уж сильно запротестовать против формулы: вирус = белок + нуклеиновая кислота, как мы попадаем в дебри витализма. «И» Берталанфи становится уж слишком кантовской «вещью в себе». У биохимиков и биофизиков, занимающихся изучением структуры вирусов, есть подспудная мысль, что, познав свойства каждого компонента в отдельности, можно уяснить себе природу всего возбудителя в целом. Иными словами: эти исследователи стихийно стоят на позициях редукционизма, то есть такого принципа исследования, который основан на убеждении, что путь к познанию сложного лежит через его расчленение на все более и более простые составные части и изучение их природы и свойств.

Кто же прав?

Прямым детищем редукционизма является вся современная молекулярная биология, значение которой для науки невозможно переоценить. Крупнейший физик нашего времени Н. Блеккет справедливо заметил, что «молекулярная биология в такой же мере революционизировала науку о живом мире, как квантовая теория революционизировала ядерную физику несколько десятилетий тому назад». Может ли такое прогрессивное «дитя» родиться от порочной системы взглядов? Видимо, нет. Но что же делать нам с «и» Берталанфи? Ведь он прав: вирус все-таки не просто нуклеиновая кислота + белок.

Видимо, дело в том, что не нужно противопоставлять одну систему взглядов другой. Тысячу раз прав академик В. А. Энгельгардт, говоря, что «существенно важную… методологическую значимость надлежит признать за такой ориентацией научного поиска, которая бы от наиболее примитивных, элементарных, в основном молекулярных уровней, где господствует современный редукционизм, вела бы в обратном направлении, к уровням все более возрастающей сложности организации, к системам, приобретающим новые свойства и функции». Такую ориентацию мыслей он называет интегратизмом.

Ориентация мыслей весьма немаловажный фактор познания. Л. А. Зильбер говорил, что «идея исследования важнее, чем метод!» Ориентировать свои мысли в плане интегратизма — это значит прежде всего понять, что возникающая новая целостность обладает качественными признаками, которых не было у включенных в ее состав частей. Сейчас уже не вызывает никаких сомнений то обстоятельство, что новые качественные признаки, присущие целостности и отсутствующие в ее частях, обусловлены многообразными связями между частями возникшей целостности. Именно связи и являются теми «и» Берталанфи, которых, безусловно, нет в отдельностях до их интеграции.

Связи эти весьма разнообразны. Здесь и взаимодействие между частями, и утрата некоторых частных свойств при вхождении в состав целого, и появление новых свойств целостности за счет возникновения связей между частями и, наконец, упорядоченность частей, детерминированность их пространственного и функционального взаимоотношения. Все эти черты интеграции, так четко формулируемые В. А. Энгельгардтом, чрезвычайно легко иллюстрировать примерами из вирусологии.

Вирус не просто белок и нуклеиновая кислота! Вирус — это белок и нуклеиновая кислота, объединенные (интегрированные) в качественно новую целостность, свойства которой не сводимы к свойствам только белка и только нуклеиновой кислоты при их арифметическом сложении. Чтобы понять это до конца, нужно двигаться от углубленного знания белков и нуклеиновых кислот (то есть от редукционизма) к познанию особенностей биологической организации. Несколько перефразировав слова академика А. А. Баева, можно сказать, что путь от редукционизма к интегратизму похож на движение вверх по лестнице, ведущей вниз. И тем не менее шагать иначе в науке нельзя. Интегратизм современной биологии может развиваться только из редукционизма, основываясь на результатах изучения деталей и частностей.

И так было во всех других науках. Таблица Менделеева — высшее и непревзойденное проявление интегратизма в химии — также выросла из химического редукционизма, из бесчисленного количества частных химических сведений. Биология — моложе (хотя и старше одновременно!), но закономерность — та же. Впрочем, таковы законы познания вообще. Об этом образно говорил еще Энгельс в «Диалектике природы»: от суммарного общего взгляда на природу, через метафизические углубления в частности — к диалектическому объединению частей в целое! К счастью, биология вышла уже на этот третий виток, хотя не будем преуменьшать сложностей: каждый шаг по этому витку состоит из тех же трех компонентов: «вообще» — «в частности» — «к интеграции».

Если считать, что целое не сводимо к его частям, но свойства этого целого обусловлены и частями и связями, которые между ними возникают, то нужно признать: есть нечто, определяющее правильность этих связей. Собственно, именно эта мысль и лежит в основе витализма всех мастей и оттенков. Пораженные сложностью и совершенством организации живых существ, люди издавна относили идею и выполнение столь совершенной работы только за счет божественного промысла.

Их трудно за это упрекать. Как иначе можно понять, что к молекуле РНК вируса табачной мозаики присоединяется ровно 2130 белковых субъединиц, а не 2129 или 2131? Как тут не вспомнить о боге?

Только последние десятилетия внесли ясность в вопрос о сущности сил, направляющих характер всех уровней интеграции. Эти силы — поток информации, мощно направляющий потоки энергии и веществ в общее «русло жизни». Создавая порядок из хаоса, «творец» обязан был направить поток информации в беспорядочную смесь всего и вся. Без этого никакого творения не было бы!

Создание порядка из хаоса — кардинальное свойство живого. Афоризм «единственным источником биологического порядка является сам биологический порядок» звучит подозрительно, если не оговориться, что речь идет об уже возникшей жизни (ибо когда-то биологический порядок родился не из самого себя!). Ну а если жизнь уже возникла, кто же все-таки регулирует построение белкового чехла вируса мозаичной болезни табака именно из 2130 белковых субъединиц? К счастью, сейчас на этот каверзный вопрос довольно легко ответить благодаря тому, что хорошо изучены основы интегральной информации — направляющей силы создания биологического порядка из хаоса веществ.

Явление самосборки, то есть самопроизвольно протекающий процесс образования сложных целостностей из смеси их компонентов, отчетливо демонстрирует, насколько совершенна интегративная информация, записанная в молекулах белка нуклеиновой кислоты того же вируса табачной мозаики, если при реконструкции в пробирке, так же, как и в живой клетке, на одну молекулу РНК приходится 2130 субъединиц белка (ни больше, ни меньше)!

Таковы некоторые общие соображения о структуре вирусов. Перейдем теперь к весьма существенным частностям.

…Вирусы открыл в 1892 году русский ботаник Д. И. Ивановский. Вероятно, история открытия, равно как и объект его — возбудитель мозаичной болезни табака, известны сегодня любому грамотному человеку. Но так было не всегда, что дало право академику АМН СССР В. М. Жданову написать в связи с 90-летием открытия вирусов: «Судьба открытий бывает разная. Одни рождаются с шумом и сенсацией, а затем занимают скромное место в ряду фактов, составляющих фонд той или иной научной дисциплины. Другие вначале не привлекают к себе большого внимания и даже остаются малозамеченными, и лишь в дальнейшем становится ясным их значение, и немеркнущий луч этих открытий освещает путь науки в течение десятилетий. К их числу относится открытие Д. И. Ивановским мира вирусов».

Да, долгое время казалось, что вирус табачной мозаики, так же как открытый Ф. Лефлером и П. Фрошем в 1898 году вирус ящура и даже описанные К. Д’Эррелем и Ф. Твортом в 1915–1917 годах бактериофаги — это все какие-то случайности, какие-то исключения из достаточно уже известного мира живой природы. И только к концу 20-х годов, а возможно, и несколько позже, среди ученых стали распространяться представления о том, что вирусы занимают в биосфере свое особое место.

Если не все, то абсолютное большинство вирусов было открыто при установлении причины какого-либо заболевания человека, животных или растений. И это наложило отпечаток и на отношение к вирусам, и к науке вирусологии, которая их изучает. В ней стали видеть прежде всего раздел патологии, вернее, раздел о причинах патологии, а мельчайшие объекты, исследуемые этой дисциплиной, назвали однозначно — яд (по-гречески яд — вирус).

Пока вирусов было известно немного и еще меньше люди знали о них, ученых вполне устраивала такая простая классификация: вирусы животных, вирусы растений, вирусы бактерий. Но уже к концу 40 — началу 50-х годов это деление перестало удовлетворять. Во-первых, были обнаружены вирусы, которые могли поражать и растения и животных; во-вторых, среди каждой из этих групп их набиралось столько, что требовалась дальнейшая градация. И то один, то другой специалист предлагал свою классификацию.

Кто-то закладывал в ее основу способность вирусов передаваться тем или иным путем, и отсюда пошли и сегодня употребляемые названия — респираторные вирусы (от латинского респиро — дыхание), кишечные вирусы, вирусы, переносимые членистоногими… Другие главным критерием считали клинические признаки вызываемых вирусами заболеваний, что нашло отражение в названиях, которые живут и сегодня: вирусы клещевого энцефалита, геморрагической лихорадки, гепатита, бородавок… Но и эти классификации были недостаточно полными. И потому к концу 60-х годов работа по совершенствованию номенклатуры вирусов вновь активизировалась.

Но в 60-е годы техника вирусологических исследований достигла уже весьма высокого уровня. В это время вирусология перестает быть только опосредованной и описательной, на вооружении ученых появляются методы, чуть ли не в буквальном смысле позволяющие разглядеть каждый отдельный вирион «в лицо» (а измеряются вирионы, между прочим, в нанометрах, то есть миллионных долях метра); а кроме того, расчленить вирион на составляющие его компоненты и исследовать их: в первую очередь нуклеиновые кислоты и белки (вот только когда это стало очевидным!). Так что новые классификации стали строиться на принципиально иной основе.

Хорошо известно, что наследственность всех живых организмов связана с молекулами ДНК, в которой хранится генетическая информация, и РНК, которая служит инструментом выражения этой информации, ее экспрессии. Так устроен и кит, и совсем крохотная вирусоподобная хламидия. И только в истинных вирусах, как мы уже говорили, содержатся молекулы лишь какого-то одного типа нуклеиновой кислоты: либо ДНК, либо РНК. Таким образом, кардинальное отличие вирусов от всех других форм живого состоит в том, что функции разных нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) совмещены в одной, которая одновременно является и хранителем генетической информации, и ведущим инструментом ее экспрессии.

Мы употребили выражение истинные вирусы не случайно, хотя в специальной литературе такого термина нет. Дело в том, что к миру вирусов примыкают еще более примитивные формы, состоящие либо из одной РНК (вироиды), либо из одного белка (прионы). Первые вызывают болезни растений, вторые — некоторые формы так называемых медленных инфекций животных (в частности, скрэпи — почесуху овец). Природа этих агентов мало понятна. Они, бесспорно, вирусоподобны, но большего о них мы пока сказать не можем.

Вернемся к «истинным» вирусам, то есть агентам, состоящим (как минимум) из нуклеиновой кислоты какого-то одного типа и белка. Все они составляют самостоятельный тип (царство) живой природы (Vira — Вира), распадающийся на два самостоятельных подтипа: подтип РНК-содержащих и подтип ДНК-содержащих вирусов. Именно этот молекулярно-биологический критерий лег в основу классификации вирусов, разработанной в начале 60-х годов тремя крупными вирусологами: А. Львовым, Р. Хорном и П. Турнье (система ЛХТ). Заметим: такое деление вирусов было бы невозможно раньше, когда не было ни фактических данных о химическом составе вирусов, ни понимания роли нуклеиновых кислот в организации и функционировании живой материи. Прогрессивный взгляд на классификацию вирусов стал просто необходим лишь в 60-е годы.

Изучение молекулярной организации вирусов с помощью электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и других современных методов исследования позволило авторам системы ЛХТ в рамках отдельных подтипов — РНК-содержащих и ДНК-содержащих вирусов — выделить классы, различающиеся по типу симметрии белковой оболочки нуклеокапсида: спиральной или кубической. Нам нечего добавить к этим названиям, кроме: спиральной симметрией обладает винт, кубической — любой многогранник, вписанный в шар.

Рассмотрим теперь структуру вируса. Как мы уже говорили, в химическом отношении это нуклеопротеид: соединение нуклеиновой кислоты с белком. Но поверх этого нуклеопротеидного «тела» могут быть расположены поверхностные, внешние оболочки. Это так называемый «пеплос» (накидка по-гречески), состоящий из липоидов, полисахаридов или липополисахаридов. (Вот почему мы говорим, что вирусы состоят как минимум (!) из нуклеиновой кислоты и белка.) В зависимости от того, имеются у вириона липополисахаридные оболочки или отсутствуют, классы вирусов распадаются на порядки. В свою очередь, последние подразделяются на различные семейства: в зависимости от диаметра нуклеокапсида (для вирусов со спиральной симметрией) или числа капсомеров (для вирусов с кубической симметрией); семейства делятся на роды, роды — на виды. «Впрочем, — как говорят А. Г. Букринская и В. М. Жданов, — понятие биологического вида можно лишь условно применить к вирусам — простейшим формам жизни на Земле». Так ли это?

Если вопрос о виде вирусов является спорным, то общепринятым считается, что понятий класс и порядок для вирусов не существует. Зато семейство стало основным и ведущим.

Поскольку мы пишем не учебник по вирусологии, а популярную книгу о роли и значении вирусов в биосфере, думается, нет необходимости приводить здесь детальную классификацию вирусов и называть по-латыни все 17 семейств вирусов позвоночных и семь семейств вирусов беспозвоночных животных, 20 родов вирусов растений и 10 семейств вирусов бактерий, а также 5 родов вирусов грибов… Тем, кто интересуется вирусологией всерьез, найти такую классификацию нетрудно, всем же остальным она попросту не нужна. Избыточная информация часто даже вредна, как и недостаток таковой…

Глава четвертая Как их исследуют

Разговариваешь иногда с однокурсником, ставшим хирургом или педиатром, терапевтом или офтальмологом, и слышишь от него: «Хоть убей, но поверить в то, что вирусы можно изучать всерьез, не могу. Понимаю, что не могут все вирусологи быть шарлатанами и только делать вид, что ткут для голого короля полотно, но как подумаю, что размер-то этих частиц — миллионная доля метра, а вы, по вашим же словам, чуть не каждого в „лицо“ знаете, а кроме того, на части их дробите и каждую частицу отдельно исследуете, представить не могу…»

Есть вещи, представить которые очень трудно, даже в принципе невозможно. Причем не только, когда речь идет о мельчайших объектах. Кто, например, может представить себе расстояние в парсек? В километр — да, в сто, наконец, в тысячу или десяток тысяч километров — куда ни шло. Но в парсек? Не каждый знает даже, какими эквивалентными единицами можно выразить это расстояние. Или, например, многие ли могут представить себе миллион? Скажем, книгу в миллион страниц. Какой толщины она будет? Пол метра, метр, три? Конечно, это будет зависеть от качества бумаги, но все же попытайтесь представить. Представили? А теперь сравните свои представления с реальностью.

В нашей книге — той, что у вас в руках, округленно 200 страниц и толщина ее без обложки 1,2 сантиметра. Отбросим и эти две десятых, пусть будет 1 сантиметр. В таком случае толщина книги в 1 миллион страниц будет в 5 тысяч раз большей и составит 5 тысяч сантиметров. Зачеркнув два ноля, узнаем: высота книги в 1 миллион страниц (о толщине в такой ситуации говорить даже неудобно) — 50 метров. При средней высоте потолков в наших квартирах 2,5 метра книга будет с 20-этажный дом. Скажите честно, разве такой вы ее себе представляли? Однако то, что вы не смогли ее реально представить, помешало вам усомниться, что миллион страниц можно друг на друга уложить?

Но, хотя размеры вирусов трудно представить, работа с ними ведется и дает ценные результаты. О некоторых наиболее важных и широко применяемых методах мы сейчас расскажем, о других же упомянем в следующих главах вместе с результатами или выводами, которые удалось получить с их помощью. А начнем этот рассказ с предупреждения о том, что ни один из существующих методов, за исключением электронной микроскопии, не позволяет увидеть вирион как таковой. Поэтому выявление вирусов, определение их количества да и все другие их параметры изучают опосредованно, по каким-то реакциям. Важно запомнить и то, что все без исключения методы (опять-таки не считая электронной микроскопии) работают не с единичным вирионом, а с их сообществом (популяцией). А это означает, что в каком-то определенном объеме (как правило, миллиметре или его доле) содержатся десятки и сотни миллионов вирусных частиц.

И даже для электронной микроскопии, хотя с ее помощью и можно получить «портрет» одного-единственного вириона, нужно готовить препарат с высокой концентрацией вируса. Ибо чем больше увеличение, тем меньше поле зрения, и отыскать вирион в «бедном» препарате вируса гораздо сложнее, чем иголку в стоге сена.

Из этого вступления следует главное — прежде чем любым методом приступить к изучению вирусов, их надо накопить, размножить. Мы уже упоминали, что в отличие от бактерий и простейших вирусы не растут ни на каких питательных средах, ни в каких других условиях, кроме как в клетках живых организмов. И поэтому самое первое, с чем сталкивается вирусолог: найти подходящий организм или другую систему живых клеток, которую можно было бы заразить, чтобы накопить вирусы.

Конечно, при этом возникают немалые сложности. Материал, который предстоит ввести в ту или иную клеточную систему или целостный организм, должен быть стерильным, то есть не содержать бактерий, плесени, грибков. В противном случае клетки или организм могут погибнуть отнюдь не от вирусов. Стерилизовать же материал можно только таким способом, при котором вирусы не погибнут. Именно поэтому для обработки материалов, в которых подразумевается присутствие вирусов, нельзя применять кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, а также использовать мощные дезинфектанты.

Кроме того, любой целостный организм обладает спектром индивидуальных свойств, зависящих от самых различных причин, но все они влияют на успех заражения. Так, немаловажно, каково было питание организма, витаминная насыщенность, встречался ли он ранее с этим вирусом. Все это может сыграть немалую роль в итоге эксперимента. Вл. Солоухин считает, что даже то, в какой фазе находится в момент заражения Луна, имеет значение; Д. Голубев с такими явлениями не встречался, но к мнению коллеги отнесся с интересом и вниманием.

Все сказанное в основном относится к целостным организмам. Мы лишь вскользь употребили выражение «другая система клеток». Теперь пришла пора раскрыть кавычки.

С момента открытия вирусов единственной реальной системой для накопления вирусов был именно целостный организм животного или растения. Так, вирусы энцефалитов, например, хорошо накапливаются в мозгу белых мышей, вирусы полиомиелита — в спинном мозгу обезьян. Сюда же можно отнести своеобразные в силу своей одноклеточности, но тем не менее тоже организмы бактерий, в которых накапливаются бактериофаги — открытые в первой четверти XX века вирусы бактерий.

В общем, восприимчивые животные сыграли (и продолжают играть!) в вирусологии огромную, но отнюдь не универсальную роль. И поэтому поистине революционной была родившаяся в конце 20-х годов идея об использовании в качестве макроорганизма для накопления вирусов развивающихся куриных эмбрионов. История не сохранила, ни кому в голову пришла такая идея, ни обстоятельств, при которых это произошло. Однако хорошо известно, что одним из первых широко применил для накопления вирусов куриные эмбрионы выдающийся австралийский ученый-вирусолог и иммунолог, будущий лауреат Нобелевской премии М. Бернет.

Значение этого методического приема для развития вирусологии невозможно переоценить. Во-первых, эмбрионы гораздо более стандартны, чем любые лабораторные животные; во-вторых, значительно более стерильны; в-третьих, чувствительны к очень многим вирусам; в-четвертых, с эмбрионами очень удобно работать, так как они не могут ни укусить экспериментатора, ни удрать из клетки. В каждой десятой доле миллилитра той или иной жидкости куриного эмбриона (аллантоисной, амниотической) накапливаются многие десятки миллионов вирусных частиц, а если учесть, что аллантоисной жидкости, например, из каждого эмбриона можно получить до 10–12 миллилитров, то можно представить себе, сколь производительным является даже один эмбрион, а ведь их в вирусологических лабораториях используются многие тысячи. Для производства гриппозных вакцин — даже сотни тысяч. Это не очень отрадный факт, но тем не менее бесспорный.

Почти 60 лет применяются в вирусологии куриные эмбрионы, и, хотя они тоже не универсальны (есть вирусы, которые в них размножаться не могут), по своему значению для прогресса науки вполне заслужили золотого памятника. Однако таково свойство людей науки да и вообще людей: хорошее они всегда хотят заменить лучшим. И к концу 40-х годов лучшее было найдено. Оно, это лучшее, правда, еще меньше, чем куриный эмбрион, было похоже на самостоятельный организм, поскольку представляло собой отдельные клетки, но главную функцию такого организма, по «мнению» вирусов, выполняло: клетки размножались, а в них репродуцировались вирусы. Речь идет о так называемых клеточных культурах.

Что такое клеточная культура? Это взятая непосредственно из растения или животного (того же куриного эмбриона) масса специальным образом обработанных клеток (они должны быть отделены одна от другой, чтобы могли расти), которая помещается в определенную питательную среду, способную обеспечить клетки всем необходимым для роста и размножения. Или группа клеток, чаще всего опухолевых, которые могут делиться бесконечно долго и «жить» во флаконах или пробирках, если им создают благоприятные условия. Как известно, нормальные — неопухолевые клетки человека и высших животных, живущие отдельно, в пробирке, делятся не более 50 раз, после чего погибают. Поэтому получать из них перевиваемые ткани невыгодно.

После создания культур клеток исследования по вирусологии и молекулярной биологии вирусов получили новый мощный импульс. Достигнута еще большая стандартизация: из одной-единственной клетки можно получить теоретически сколько угодно посевного материала, причем месяцами и годами проводить исследования фактически в одной и той же системе. Удобно и отбирать вирус, он накапливается в жидкости, которая омывает клетки. У культур клеток есть и другие преимущества, но имеются, к сожалению, и недостатки. Такие клетки могут заражаться (но в данной ситуации этот термин заменяют другим — контаминироваться) «посторонними» вирусами и становиться непригодными для выращивания вирусов исследуемых, они требуют оборудования и разнообразных реактивов. Работать с культурами клеток куда сложнее, чем с куриными эмбрионами; тем, кроме тепла и влаги, вообще больше ничего не надо.

Используя все три вида систем, воспроизводящих вирусы — животных, куриные эмбрионы и культуру клеток, — вирусолог решает основную задачу: выделяет и накапливает вирус. Без этого нет и не может быть вирусологического исследования, вирусологической лаборатории, а следовательно, и вирусологии. Это основной и главный методический прием, сделавший вирусологию самостоятельной научной дисциплиной. Именно поэтому рассказ о методах вирусологии мы начали с характеристики накопления вирусов. Отметим, что эта процедура нужна и при выделении неизвестных (пока!) вирусов из подозрительных на вирусное присутствие материалов (иными словами, для диагностики вирусных инфекций), и для накопления биомассы уже известных вирусов. Последнее необходимо для приготовления диагностических и профилактических препаратов, то есть для производственных целей. Повторим: без возможности накапливать вирусы в клетках — нет вирусологии.

Но накопить вирус в той или иной системе клеток — во всех случаях не самоцель, а лишь первый этап любой вирусологической работы. Этап важный, в известном смысле, как мы уже говорили, — определяющий. И потому, прежде чем переходить к последующим этапам, часто гораздо более сложным, длительным и дорогостоящим, необходимо каким-то образом убедиться, что вирус действительно накопился, то есть прижился в системе и начал репродуцироваться. Кроме того, важно знать динамику этого процесса и прекратить его именно в тот момент, когда количество вирусных частиц будет максимальным. Короче говоря, исследования надо начинать раньше исследований. Простите за неуклюжий каламбур, но он очень точно отвечает тактике вирусолога.

Как определить, накапливается вирус или нет? Вариантов много, они зависят от взаимоотношений, возникающих между конкретными вирусом и хозяином. Вот несколько примеров. Если заразить мышь материалом, в котором содержится патогенный для нее вирус, то спустя несколько дней зверек заболеет. Признаки заболевания видны невооруженным глазом (изменяется поведение, внешний вид) или повышается температура. Исследуя органы мыши в различные сроки от начала заболевания, опытным путем определяют динамику накопления возбудителя. Если же заражают известным вирусом, то продолжительность периода максимального накопления находят в справочной литературе.

Конечно, заболеть мышь может и от различных других причин: плохого ухода, травмы при внесении материала (очень часто заражают в мозг), попадании бактерий или чужеродного белка вместе с вирусом… Чтобы быть уверенным: работа ведется именно с вирусом, и избежать или уменьшить вероятность подобных артефактов, в опыт приходится брать не одно животное и даже не два, а до 10–12. Кроме того, обязательно надо сохранить в холодильнике остатки заразного материала и в случае сомнительных результатов эксперимент повторить.

При работе с куриными зародышами наличие и концентрацию вируса в эмбриональных жидкостях на глаз не определишь. Приходится ставить специальную реакцию, а для этого эмбрион выводить из опыта. Поэтому, как и мышей, первичным материалом заражают не один-два, а до десятка эмбрионов. Понятно, что это удорожает исследование, делает его более трудоемким.

Таких недостатков почти лишены эксперименты на клеточных культурах: репродукция вируса в них и даже его концентрация видны на глаз или под небольшим увеличением микроскопа. Главное же, после такого просмотра, если окажется, что вируса накопилось еще мало, флакон или пробирку можно вновь поместить в термостат и продолжать инкубацию.

Что же видно в зараженной вирусом тканевой культуре? Иногда вирус «съедает» клетку, и на монослое появляются пятна разрушения. Процесс этот носит название цитопатогенное действие вируса, сокращенно — ЦПД. В других случаях инфицированные клетки сливаются друг с другом в многоклеточное образование; еще в каких-то ситуациях внутри клетки образуются пустоты… При заражении некоторыми вирусами в ядре или цитоплазме клеток появляются чужеродные включения (тельца включения)… Но в любом случае пораженные вирусом культуры оказываются не такими, как в контроле (с контрольными животными, эмбрионами или культурами делают абсолютно все то же самое, только вносят не содержащий вирус материал), и вот по этим отличиям и судят, накапливается вирус или нет.

Очень часто изучение вирусов вообще на этом кончается, полученный ответ исследователя вполне удовлетворяет. Просмотрев через сутки-другие пробирки с монослоем, он говорит: вирусной репродукции, к сожалению (или к счастью), нет.

Почему мы вдруг заговорили о счастье и неудачах? Да потому, что вирусология тесно связана с этими категориями человеческого бытия. Если, к примеру, в Институте полиомиелита и вирусных энцефалитов АМН СССР при просмотре клеточных культур, зараженных вакцинными вирусами полиомиелита, вдруг не обнаружится цитопатогенных изменений в те сроки после заражения, когда им положено быть, то это большая неприятность, неудача, брак, производственное несчастье, если хотите… Но если такая же «неудача» постигнет врача-вирусолога при исследовании клеточной культуры с внесенной в нее спинномозговой жидкостью ребенка, у которого подозревают вирусный менингит, то это будет настоящим счастьем для ребенка, родителей и врача, так как лечить такие заболевания очень и очень трудно.

Итак, все зависит от характера и цели исследования, но в любом случае нужны безусловно достоверные данные. Вот почему так важно не только выявлять цитопатические изменения, но и определять их специфичность. Ведь, как мы уже говорили, клетки могут погибать от самых разнообразных причин, а не только в результате размножения вирусов. Во всех случаях их гибель, естественно, будет тоже цитопатией, но иной природы, так сказать, невирусиндуцируемой.

Как же определить специфичность вирусного действия на клетку? Чаще всего ставят реакцию нейтрализации с помощью специфических противовирусных антител. Скажем, заразили культуру ткани вирусом полиомиелита для получения вакцины. Через определенное время цитопатические изменения в культуре наступили. Чтобы убедиться в их специфичности, нужно просмотреть и те пробирки (или стеклянные матрасы), в которых вирус, использованный для заражения, был смешан с специфическими к этому штамму антителами. В этих пробах цитопатического эффекта быть не должно, так как вирус нейтрализовался антителами, а клетки остались неповрежденными. Если же и в этом случае клетки погибли, то дело здесь не в вирусе, а в каких-то других причинах, и вакцины у нас, увы, нет.

Цитопатогенное действие вирусов в клеточной культуре иногда можно выявить и без микроскопов. Для этой цели клеточный монослой покрывают тонким слоем агара со специальной краской. При этом дефекты в тканевом пласте выявляются в виде своеобразных плешин, пятен. Обычно их называют бляшками, хотя, вообще-то говоря, бляшки — это что-то добавочное, как говорят, плюс-ткань, здесь же, наоборот, имеет место минус-ткань. Но поскольку название принято и даже в характеристиках вирусов отмечается способность к бляшкообразованию, оспаривать его не будем. По количеству бляшек судят о концентрации вируса, по их величине и форме — о генетических признаках. Кстати, добавив противовирусную сыворотку, можно определить, тот ли вирус вызвал образование бляшек, к которому эта сыворотка получена. Эта разновидность реакции нейтрализации носит название реакции редукции бляшек.

Мы как-то незаметно для себя начали говорить об идентификации вирусов с помощью иммунологических методов, то есть по их взаимодействию с антителами. Этому надо кое-что предпослать.

Мы должны напомнить читателю, что вирусы очень малы по своим размерам, и их прямое, непосредственное выявление возможно лишь с помощью электронного микроскопа, да и то, если в пробе содержится не менее 10–100 тысяч вирионов в 1 миллилитре. При некоторых вирусных инфекциях в исследуемых материалах может быть такая или даже большая концентрация вируса. Но, пожалуй, только при одной из них электронная вирусология является методом непосредственной индивидуальной диагностики болезни. Речь идет об энтеритах (острых расстройствах кишечника), вызванных ротавирусами — представителями одного из семейств РНК-содержащих вирусов. Во всех остальных случаях о наличии вирусов в материале судят опосредованно, через что-то, с этим вирусом взаимодействующее. Это что-то может быть либо клеткой, либо антителом. Все! Или, точнее, почти все. Об этом почти — дальше. А пока уточним сказанное, тем более что мы касались уже и клеток, и антител.

Индикация — то есть обнаружение вирусов с помощью или, точнее, посредством клеток — нами уже довольно подробно обсуждалась. Ведь именно с помощью клеток накапливаются вирусы в животных, куриных эмбрионах и тканевых культурах. Ведь это в клетках происходят цитопатические изменения при вирусной репродукции, в клетках могут выявляться тельца включения — как результат накопления вирусов и реакции на них.

Но клетки, хотя и своеобразные, а именно эритроциты, играют прямо-таки выдающуюся роль при обнаружении (индикации) и нерепродуцирующихся, вернее уже репродуцировавшихся, накопившихся вирусов. Феномен этот для вируса гриппа и эритроцитов куриных эмбрионов впервые обнаружил, вернее — подметил, в 1941 году американский вирусолог Дж. Херст, случайно поранивший кровяные сосуды куриного эмбриона, инфицированного вирусом гриппа. Феномен этот получил название реакции гемагглютинации (склеивания эритроцитов), прочно занявшей с тех пор видное место в арсенале методов современной вирусологии.

Гемагглютинация обусловлена не только тем, что вирионы на какое-то время тесно связываются с эритроцитами, но и тем, что они притягивают, привязывают эритроциты друг к другу. А это легко заметить невооруженным глазом: неагглютинированные эритроциты оседают под действием только собственной тяжести, образуя на дне пробирки или лунки планшетки ровное пятно, агглютинированные — весьма своеобразный «зонтик». Сегодня вирусологию гриппа и ряда других инфекций просто невозможно себе даже представить без реакции гем агглютинации, без куриных эритроцитов, которые еженедельно привозят в лабораторию вместе с куриными эмбрионами. Без тех и других работа попросту невозможна.

Итак, клетки как инструмент индикации вирусов. Клетки — живые и восприимчивые, поддерживающие репродукцию, и клетки — «неживые», неразмножающиеся, но выявляющие сам факт наличия вирусов в том или ином материале. Но вот можно ли с помощью клеток вирус не только обнаружить, но и идентифицировать?

В вирусологии (за очень редким исключением, когда, например, «портрет» вириона настолько характерен, что в электронный микроскоп удается его сразу идентифицировать, как преступника по отпечаткам пальцев) применяются методы узнавания неизвестного по известному.

Так вот, чаще всего вирус идентифицируется с помощью специфических антител. Надо сказать, что термин антитело так же, как и его антипод — антиген, не очень удачен. Судите сами: «антитела — сложные белки-иммуноглобулины плазмы крови человека и теплокровных животных, синтезируемые клетками лимфоидной ткани под воздействием различных антигенов…» «Антигены — сложные органические вещества, способные при поступлении в организм животного и человека вызывать ответную иммунную реакцию — выработку антител».

Из этих двух определений, взятых нами в «Советском энциклопедическом словаре», надо запомнить следующее: антитела строго специфичны по отношению к антигену, на который они образовались. И поэтому установить «личность» неизвестного вируса с высокой степенью достоверности можно по антителам, полученным в организме какого-либо животного в ответ на заражение его известным возбудителем. Антитела образуются в жидкой части крови — сыворотке, вместе с которой их и используют в реакции. Ну а поскольку по-латыни сыворотка — серум, то обобщенно все реакции подобного типа называются серологическими.

Реакции идентификации вирусов с помощью антител, предотвращающих гемагглютинацию вирусами эритроцитов, обозначают по-разному — РТГА, РЗГА, РПГА… Суть в них одна: добавляя специфические антитела, мы тормозим (Т), задерживаем (З) или подавляем (П) гемагглютинацию. И по тому, какие антитела использовали, определяем, с каким вирусом имеем дело.

Понятно, что серологические реакции по своей сути — перевертыши. И если надо определить не неизвестный вирус, а, например, появилась ли в ответ на вакцинацию ответная защитная реакция, то берут этот самый известный вирус и с его помощью узнают, образовались ли в крови антитела.

Реакции, о которых шла только что речь, очень чувствительные и показательные, но в том виде, в котором описаны, страдают громадным недостатком: они не позволяют оценить количество вируса или количество антител. А это далеко не безразлично. И ученые нашли возможность этот недостаток устранить, сделать реакции весьма точными, количественными. Как? Используя метод разведений до такой степени, в которой вирус или антитела уже не определяются. И в количественной оценке результатов реакций появился новый термин — титр, которым принято обозначать последнее, предельное разведение, после которого качественная реакция уже отсутствует.

Допустим, определяя наличие вируса в аллантоисной жидкости куриного эмбриона, вирусолог соединяет эту жидкость с небольшим количеством суспензии (взвеси) эритроцитов. Очевидно, что концентрация суспензии должна быть постоянной, иначе мы не сумеем оценить реакцию. Следовательно, разводить можно только аллантоисную жидкость. Делать это удобнее одним из двух способов: перенося из пробирки в пробирку половину содержимого (с шагом, равным двум) или одну десятую (с шагом, равным десяти).

Если в первой пробирке 2 миллилитра цельной, неразведенной жидкости, а во всех других по 1 миллилитру физиологического раствора, то, забирая из первой 1 миллилитр и внося его во вторую, мы получаем разведение 1:2, забирая 1 миллилитр из второй и внося в третью — 1:4, делая то же самое еще раз — 1:8 и т. д. После разведения во всех пробирках (хотя чаще это делают в лунках специальных полистироловых панелей) оказываются одинаковые объемы жидкости, а концентрация вируса последовательно уменьшающаяся.

Можно брать не по 1 миллилитру, а по одной десятой, тогда шаг разведения будет в десять раз больше: 1:10, 1:100. 1:1000 и т. д. Иногда эти два разведения объединяют: в первую пробирку наливают не цельную вируссодержащую жидкость, а разбавленную в соотношении 1:10, зато все последующие разведения делают с шагом 2. В каждой из последующих пробирок (лунок) вируса будет в 20, 40, 80, 160 и т. д. раз меньше.

Понятие «титр» — очень важный в вирусологии количественный критерий. Он касается и вирусов и антител. Для определения титра последних разводят не вирусы, а сыворотки, но, конечно, не в 10, 100 и тысячу раз, а только в 2, 4, 8, 16, 32 и т. д.

Сколько страстей рождают эти цифры среди ученых и практиков! «Вы прислали мне вирус с гемагглютинирующим титром 1:2, — строго отчитывает по телефону своего периферийного коллегу сотрудник центрального столичного института, — как с ним работать?» — «А какой нужен?» — робко вопрошает практик. «Ну, как минимум 1:16–1:32», — следует строгий ответ. Впрочем, нередко роли бывают иными. «Ваша вакцина никуда не годится, — негодует практик, — в ней вместо 8 логарифмов вируса всего 6, а при иммунизации она приводит к выработке ничтожного количества антител, увеличивая их исходный титр всего в 2 раза».

Поясним: 8 логарифмов, с основанием, как в данном случае 10 — это 10⁸ вирусных частиц в вводимой дозе вакцины (то, что должно быть!), а при проверке оказалось, что титр этой вакцины — 10⁶. Иными словами: в дозе должно было быть 100 миллионов вирусных частиц, а оказалось… в 100 раз меньше, всего 1 миллион, то есть 1 процент, от того, что должно быть (вот что такое — на 2lg меньше). Ничего удивительного нет в том, что прививочная активность такой вакцины оказалась низкой: двукратное увеличение титра антител (против того, который был без всякой вакцинации) попросту недостоверно. Нужен как минимум восьмикратный прирост, только тогда можно надеяться на успех.

Мы рассказали лишь о некоторых формах применения клеток и антител в индикации и идентификации вирусов. На самом же деле методов этих великое множество.

Например, обработали материал, подозрительный на содержание тех или иных вирусов иммунной сывороткой к этим подозреваемым, но еще не опознанным «преступникам», и посмотрели в электронный микроскоп: вот уже и новый метод: иммуноэлектронномикроскопический анализ, обладающий высокой разрешающей способностью, поскольку при этом вирус и выявляется и идентифицируется одновременно.

Большое место в современной лабораторной диагностике занимает твердофазный иммунологический анализ, когда антиген или антитело заранее прикрепляют к нерастворимому твердому носителю, а затем наносят туда исследуемый материал (если ищут вирус) или сыворотку (если ищут антитело). Специальное промывание легко отделяет от комплекса антиген — антитело несвязавшиеся компоненты. Чтобы определить, произошло ли специфическое взаимодействие, известный компонент (то есть либо антиген, либо антитело) метят и в зависимости от этого различают радиоиммунный анализ (если метки радиоактивные) или иммуноферментный (если меткой служит фермент). Особая метка антител так называемыми флюоресцирующими красителями лежит в основе иммунофлюоресцентного метода, который относится к категории экспрессных методов индикации антигенов, а следовательно, и диагностики вирусных инфекций.

Разновидностей серологических реакций много, кроме названных нами вариантов РТГА и реакции нейтрализации, есть и реакция связывания комплемента и пассивной гемагглютинации… Впрочем, хватит. Мы уверены, что никто, прочитав только нашу книгу, вирусологические исследования проводить не будет: прежде чем заняться ими, придется изучить специальную литературу. А представление о том, чем занимаются вирусологи, как они работают с вирусами, надеемся, дать нам удалось.

Глава пятая Молекулярная биология и вирусы

Нам казалось логичным и оправданным из стратегических, что ли, соображений самые трудные (и потому, возможно, достаточно скучные) главы — о методах вирусологии поместить вначале. Ведь как человек обычно поступает, беря в руки незнакомую книгу и раздумывая: купить или не покупать, читать или обойтись без содержащейся в ней информации? Пролистывает, отмечая, есть ли иллюстрации, много ли коротких строчек, абзацев, как называются главы. Интуитивно эта поверхностная характеристика оценивается, и на этом основании принимается то или иное решение.

Так вот экспериментально установлено: расположение привлекающих читателя параметров во второй части книги, ближе к концу, способствует покупке. Ну, и наконец, такое соображение. В научных статьях, монографиях, диссертациях не случайно раздел «Материалы и методы» помещают раньше основной части работы, чтобы понять и оценить результаты, надо знать (и быть уверенным в их достоверности), как эти результаты удалось получить.

Короче, после этого небольшого извинения за трудность и малоинтересность, начинаем разговор о молекулярной биологии вирусов и методах, которыми эта наука оперирует… Впрочем, может быть, мы и не правы: ведь молекулярная биология — это не только методы, но еще и в немалой степени философия, так что, если в этой главе не будет споров, то без размышлений не обойтись.

Строго говоря, молекулярная биология — самостоятельная наука, касающаяся в равной степени и генетики, и физиологии, и органической химии, и вирусологии… Проще, казалось бы, перечислить, каких разделов биологии и смежных с ней дисциплин естествознания она не касается, чем назвать те, в которых ее интересы непосредственно затронуты. Так вот, дисциплин, которых она бы не касалась, нет. И ничего странного в этом также нет: поскольку любой субъект, как и любой объект, состоит из молекул, молекулярной биологии до всего есть дело.

Молекулярная биология появилась в начале 50-х годов нашего столетия, и уже через несколько лет было провозглашено, что рождение этой дисциплины является второй революцией в естествознании XX века. Почему второй? Потому что первой, не соблюдая субординацию (привычнее идти от более крупного к более мелкому), стала революция, связанная с физикой атомной, физикой элементарных частиц, имевшая место, как известно, в самом начале века.

Вероятно, вопреки кажущемуся парадоксу в таком порядке есть своя логика. Конечно, молекулы крупнее атомов, но изучать их из-за этого вовсе не проще: ведь они гораздо сложнее устроены, в них тысячи и тысячи «и» Берталанфи, и каждое тем или иным образом влияет на свойства, причины и следствия. Кроме того, молекулярная биология не могла появиться на голом месте, ибо она должна была воспользоваться техникой, понятиями и представлениями первой революции. Наконец, нужны были и специалисты, которые бы не только сделали революцию, но и поняли, что же они сотворили.

Итак, это произошло в 50-е… А в 70-е, по словам академика В. А. Энгельгардта, утверждение, что молекулярная биология стала одной из ведущих областей современного естествознания и вывела науку о живом в один ряд с важнейшими разделами точных наук — физики, химии, космологии — стало настолько очевидным, что есть опасение превращения его в некий трюизм, истину, которая навязла в зубах.

Молекулярная биология — не просто еще одна из новых научных дисциплин, какие сегодня постоянно рождаются в любой отрасли знаний. Более того, между рождением этих дисциплин и появлением понятия молекулярная биология нет ничего общего. Потому что все новые дисциплины — уход в частности, отторжение от материнского древа породившей ее науки. К тому же каждая новая дисциплина становится самостоятельной, как правило, лишь когда учеными осознается отличительность объекта исследований и появляются собственные, специфические методы для них. Так произошло, в частности, и с самой вирусологией: Ивановский доказал существование особых, специфических «объектов исследования» — вирусов и использовал для их изучения новый, опять-таки специфический метод — фильтрацию (или как тогда говорили — ультрафильтрацию).

Молекулярная биология, наоборот, родилась на стыке практически всех естественнонаучных дисциплин, изучающих проблему живого, проблему жизни как естественный и органический синтез физики, органической химии, генетики, цитологии и целого ряда других наук, включая математический анализ. Рожденная в итоге такого гигантского творческого синтеза молекулярная биология смогла «обратить свое внимание» практически на любой биологический объект. Так появилась молекулярная биология клетки, молекулярная биология бактерий, молекулярная биология вирусов…

Какими же основными методами пользуются в своих исследованиях специалисты по молекулярной биологии вирусов? Прежде всего практически всеми, которые известны для вирусологии вообще. Ведь перед тем как приступить к молекулярно-биологическим исследованиям, вирус надо накопить, выделить, идентифицировать. Все это делается с помощью собственно вирусологических методов исследования, о которых мы говорили выше. Затем вирус надо очистить от балластных примесей, ибо в каком бы субстрате мы его ни накапливали, на одну вирусную приходится миллионы частиц, никак с ней не связанных, а относящихся к телу хозяина, где этот вирус репродуцировался.

Способов очистки много, в том числе очень широко применяется и такой, чисто вирусологический, как «адсорбция — элюция». Несмотря на внешнюю примитивность (в наш век сложнейшей техники для этого метода нужна лишь ручная центрифужка), он обладает высокой эффективностью и позволяет не только чистить, но и концентрировать вирусы. Суть его состоит в том, что многие вирусы обладают горячей, хотя и кратковременной, «любовью» к эритроцитам некоторых животных или человека. И если в содержащую вирус жидкость влить подходящие эритроциты, все наличные вирионы быстро вступят с ними в контакт. Эритроциты очень крупные (по сравнению с бактериями, белками, обломками клеток) образования, они оседают на дно даже при невысоких скоростях вращения. Слив надосадочную жидкость и добавив к эритроцитам свежий физиологический раствор, мы очень легко получим достаточно чистую взвесь вируса, так как через час-два «любовь» кончается и вирусы с поверхности эритроцитов отскакивают (элюируют).

Итак, первичная, грубая, но необходимая для последующей работы очистка и концентрация содержащего вирус материала проведена. Но это только начало пути, по которому можно прийти к высоко очищенной взвеси вирионов, при электронной микроскопии она выглядит так, как показано на рисунке.

Препарат такой чистоты, как на рисунке, путем адсорбции — элюции с эритроцитов не получишь. Для этого нужны другие методики, и главные из них — ультрацентрифугирование и хроматография.

Приставка ультра (от латинского сверх, за пределом) встречается в нашей речи, да и в этой книге достаточно часто. Ультрамодная одежда, ультрасовременная техника… Во всех этих случаях, собственно, как и в термине ультрацентрифугирование, больше абстрактного, нежели конкретного содержания. А если говорить именно конкретно, о вирусах и молекулярной биологии, надо понимать, что метод заключается все же в центрифугировании, то есть во вращении пробы вокруг какой-то оси, но со скоростью значительно превышающей средние, обычные показатели.

Для чего нужно вращать пробу? При вращении возникают две силы: центростремительная и центробежная. В принципе они равны, но действуют на разные объекты: первая — на связь, тело удерживающую, вторая — непосредственно на тело. Следовательно, если изготовить связь достаточно прочную, можно получить центробежную практически в чистом виде. А это очень важно, ибо в таком случае величина силы может быть огромной.

Формула центробежной силы mv²/R, где m — масса тела, v — его скорость, R — радиус кривизны траектории. Уже при беглом взгляде на формулу понятно, благодаря чему происходят очистка и концентрация вируса. Ведь если раскручивать смесь, состоящую из материальных частиц разной массы, то более тяжелые приобретут большую центробежную силу и за одинаковое время успеют убежать от центра дальше тех, которые полегче.

При центрифугировании (любом, и ультра и не ультра) вируссодержащая жидкость расслаивается. Что-то выпадает в осадок, что-то оказывается около дна, что-то в середине центрифужной пробирки или стакана. Правда, при замедлении вращения после выключения центрифуги и последующих манипуляциях эти слои могут снова в какой-то степени перемешаться из-за броуновского (теплового) движения. Чтобы этого не произошло или, по крайней мере, чтобы смешалось как можно меньше, ученые идут на дополнительные меры — охлаждают смесь и помещают вируссодержащий материал в какие-либо вязкие растворы различной концентрации. Растворы имеют разную плотность (градиент плотности), и тоже располагаются слоями, в один из которых и «загоняют» или ловят вирус. Это очень красивое зрелище — зона опалесценции, видимая даже невооруженным глазом, из-за того что многие миллиарды вирионов собраны в ограниченном объеме.

Чтобы больше не возвращаться к ультрацентрифугированию, скажем еще, что этот же метод используется и для изучения внутренней структуры вирионов. Помещая совсем уже очищенный вирус в жидкость с разным градиентом плотности и раскручивая до ультраскоростей, можно разорвать вирион на части и сконцентрировать обломки в том или ином слое.

Ультрацентрифуга — очень сложная машина, требующая особых условий установки, охлаждения трущихся деталей и т. д. И хотя в ряде случаев без таких аппаратов не обойтись, очень часто оказывается возможным чистить и концентрировать вирусы с помощью бесшумного, безопасного и малоэнергоемкого метода хроматографии.

Хроматография основана совсем на другом принципе. Вирионы избирательно сорбируются, но не на эритроцитах, а на особых пористых веществах, а потом элюируют оттуда в солевые растворы. Таким путем получена, например, сверхчистая гриппозная вакцина учеными Ленинградского научно-исследовательского института микробиологии и эпидемиологии имени Л. Пастера и биофизиками Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина. В этом случае для хроматографической очистки используют так называемое широкопористое стекло.

Нет предела совершенству! Можно и так и эдак чистить вирус, доводя эту процедуру до получения взвеси одних только вирионов, практически без всяких примесей (кстати, советская хроматографическая вакцина относится к категории именно таких препаратов, недаром ее называют сверхчистой!), но это всего лишь начало молекулярной биологии вирусов. Вирусология начинается с накопления вирусной биомассы, молекулярная вирусология — с ее очистки. Впрочем, для такого дела, как получение вакцин, эта процедура является финальной — недаром же говорят: «центрифужная вакцина», «хроматографическая вакцина»…

Если очистка и концентрация вирусной взвеси — начало, то что же является продолжением? Это, конечно, зависит от цели работы, но так или иначе сводится к исследованию отдельных компонентов вириона, главным образом белков и нуклеиновых кислот.

Чтобы выделить какой-то компонент вириона, его надо разорвать, разрезать, то есть каким-то образом нарушить целостность и обеспечить возможность разным частям его путешествовать по самостоятельным маршрутам. Для этого используют несколько различных приемов, но суть их одна: дезинтегрировать (разрушить) вирусную частицу, разделить белковые компоненты и нуклеиновую кислоту и порознь изучить их. Часто прибегают к электрофорезу в своеобразном студнеобразном веществе, так называемом полиакриламидном геле (ПААГ). Электрофорез — разделение частиц исследуемого вещества по скорости их продвижения в этом геле при пропускании электрического тока. В зависимости от массы и заряда разные частички вещества пройдут в геле разное расстояние. А если вещество (белок или нуклеиновую кислоту) покрасить или пометить радиоактивными изотопами, то в полоске геля отчетливо можно будет обнаружить полосы, представляющие скопления однотипных молекул. Так выявляются отдельные полипептиды (кирпичики индивидуальных белков) или фрагменты однотипных молекул нуклеиновой кислоты. Так, «портретом» РНК вируса гриппа является электрофореграмма. Отчетливо видны 8 полос, соответствующих 8 фрагментам (генам) этого возбудителя. Каждый ген кодирует определенный белок, поэтому при электрофорезе в ПААГ белков можно отчетливо видеть 8 различных полипептидов, пробежавших в электрическом поле разное расстояние: самые крупные (тяжелые) белки, так называемые полимеразные (мы подробно поговорим об их роли дальше) прошли самое малое расстояние, самые легкие, так называемые неструктурные — самое большое.

«Портреты» белков и нуклеиновых кислот вирусов, полученные описанным методом, дают самое общее представление об индивидуальности вирусов, а очень часто нужны более точные и подробные сведения. Поэтому каждый полипептид исследуется еще и по пептидному составу (пептид — цепочка из нескольких аминокислот, полипептид — совокупность отдельных пептидов), а нуклеиновая кислота (РНК и ДНК) по олигонуклеотидному. Элементарный «кирпичик» нуклеиновой кислоты — мононуклеотид, несколько мононуклеотидов составляют олигонуклеотид, который в совокупности и есть полинуклеотид (нуклеиновая кислота). Подробнее об этом в следующей главе.

Методы пептидного и олигонуклеотидного анализа (так называемого картирования) дают своеобразные картины, напоминающие отпечатки пальцев, где каждое пятно соответствует какому-то конкретному пептиду или олигонуклеотиду. Сравнивая эти отпечатки между собой, можно сделать вывод о сходстве или различии соответствующих структур тех или иных вирусов. Такой же вывод можно сделать, если гибридизировать (смешивать при определенных условиях) нуклеиновые кислоты разных вирусов, а потом подвергать эти комплексы электрофорезу. Если участки гибридизуемых нуклеиновых кислот полностью гомологичны друг другу, то подвижность такого комплекса (его называют дуплексом) будет иной, чем при частичной гомологии.

Такой метод носит название молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот. Его результаты могут выявиться и при сравнительном электрофорезе разных образцов, и другими методами, например, в «пятне» — так называемая ДОТ (точечная гибридизация). В этом случае одна нуклеиновая кислота (известная по своей структуре) используется как своеобразная удочка (молекулярный зонд) для ловли гомологичных ей участков вирусной нуклеиновой кислоты в тех или иных материалах. Ответ здесь, как правило, получается по принципу «да — нет», но как важен он и в такой форме применительно, скажем, к целям диагностики, точнее — молекулярной диагностики, вирусных инфекций!

Здесь мы можем сделать некоторые обобщения. Строго говоря, все виды исследования вирусов, с которыми мы познакомились, четко укладываются всего в… 4 группы. Во-первых, это исследование вирусов (или их компонентов) как таковых (по-латыни — per se, то есть в чистом виде). Это касается электронной микроскопии вирионов, изучения их биофизических свойств (например, плотности, электрического заряда и т. д.), а также всех свойств вирусных компонентов — белков, нуклеиновых кислот и др.

Во-вторых, это исследование вирусов с помощью (точнее — посредством) клеток. Сюда относятся все виды накопления вирусов во всех системах живых клеток, а также все виды индикации вирусов по их цитопатогенному действию, реакции гемагглютинации, гемадсорбции и т. д.

В-третьих, это исследования вирусов с помощью (или опять-таки точнее — посредством) антител — идентификация. Мы достаточно подробно говорили о разных видах реакций вирус (антиген) — антитело, не будем повторяться.

Наконец, четвертая группа методов изучения вирусов связана с молекулярной гибридизацией вирусных нуклеиновых кислот. Об этом мы сказали только что, но…

Здесь надо сделать очень важное отступление, точнее, коснуться совершенно нового вопроса и поговорить о генной инженерии и ее роли в вирусологии. Именно она дала вирусологии в последние годы принципиально новые возможности: и накапливать компоненты вируса при отсутствии чувствительных клеток, и получать молекулярные зонды, способные с огромной чувствительностью обнаруживать гомологичные нуклеиновые кислоты в разных субстратах, и получать самую полную информацию о белках и нуклеиновых кислотах вирусов, об их первичной структуре, то есть о последовательности нуклеотидов в гене, и о последовательности аминокислот в белковой молекуле.

Что же такое генная инженерия?

Генная инженерия — раздел молекулярной биологии, впрочем, можно говорить о том, что это одновременно и ее порождение и ее дальнейшее развитие. Вспомним, что молекулярной биологией можно назвать науку, изучающую структуру и функции важнейших биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. В рамках этой науки было сделано важнейшее открытие, о котором мы будем далее подробно говорить: открытие особого фермента, способного синтезировать ДНК на матрице РНК. Фермент этот — обратная транскриптаза (или ревертаза) позволяет вести ферментативный синтез генов вне клеток (in vitro). Произошло это в 70-е годы.

В те же 70-е годы произошло и другое важное событие: были открыты ферменты, способные разрезать и сшивать молекулы ДНК: рестриктазы (ферменты разрезания) и лигазы (ферменты сшивания). Эти два открытия идеально дополнили друг друга: недаром 70-е годы называются эпохой «Двух Р» («ревертаза + рестриктаза»). За открытие ревертазы Г. Темин и Д. Балтимор получили Нобелевскую премию в 1975 году, за открытие ферментов рестрикции А. Арбор, Г. Натане и К. Смит были вознаграждены таким же образом в 1979 году. Почему же эти два открытия так тесно связаны?

Повторим: ревертаза позволяет синтезировать ген in vitro, рестриктазы и лигазы позволяют этот ген встроить практически в любую другую ДНК, скажем, бактериальной клетки, где он будет реплицироваться вместе с хозяйской ДНК и таким образом размножаться. Итак, если молекулярная биология привела к искусственному синтезу генов, то размножением этих генов занялась целая новая отрасль знаний — генная инженерия.

Определим новую науку несколько строже. Это специальная дисциплина, объект изучения и приложения которой — ген (ДНК), как естественный, так и искусственно полученный с помощью ревертазы. Генная инженерия включает в себя методы, позволяющие встраивать эти гены in vitro (с помощью названных выше ферментов — рестриктаз и лигаз) в ДНК бактерий, вирусов и клеток высших животных. Затем вводить полученные при этом рекомбинантные (гибридные) молекулы в соответствующие (так называемые пермиссивные, то есть чувствительные) клетки, добиваясь «приживления», репликации (размножения) гибридных ДНК как своих собственных, и, наконец, экспрессии, то есть выражения той информации, которая в этих генах содержится.

Генная инженерия — основа современной биотехнологии, а последняя — принципиально новое направление технологии, отличающееся высокими потенциальными возможностями благодаря использованию в промышленных масштабах процессов биокатализа, биоконверсии и биотрансформации энергии и вещества. Возможности биотехнологии простираются от получения новых лекарственных препаратов до новых источников энергии (производство этанола, бутанола, водорода и метана), от охраны окружающей среды (микробиологическая очистка сточных вод и газовых выбросов) до добычи полезных ископаемых методами биосорбции, от пищевого и кормового белка до ферментов промышленного назначения, от новой технологии сельскохозяйственного производства, включая высокопродуктивные сорта культурных растений, сконструированных генно-инженерными способами и оригинальных приемов агротехники, основанных на биологических способах борьбы с сорняками, до новых компьютеров и голографических матриц, сконструированных с применением принципов биологических систем и биоматериалов. Все эти приемы и методы в той или иной степени используются сегодня в вирусологии, дополняя арсеналы собственно вирусологических способов исследования.