В год публикации статьи Лев Александрович Зильбер — руководитель организованной им Центральной вирусной лаборатории Наркомздрава РСФСР. Позади — ликвидация эпидемии чумы в Азербайджане, арест, едва не закончившийся трагически. Впереди — экспедиция на Дальний Восток, открытие вирусной природы клещевого энцефалита, ещё два ареста, тюрьмы, лагеря, создание вирусогенетической теории рака. С дальнейшим развитием науки было доказано, что некоторые злокачественные заболевания действительно могут возникать из-за вирусной инфекции: например, вирус Эпштейна–Барр способен спровоцировать лимфому Ходжкина, а папилломавирусы — рак кожи, рак шейки матки и некоторые другие.
Статья, которую мы здесь воспроизводим, это история науки. И история «Науки и жизни».
Когда в конце XVII в. Левенгук открыл микробов, казалось, что открыта последняя грань жизни, что обнаружены последние не известные до того времени человеку живые существа. Свыше полутора веков изучали микробов, не догадываясь о той громадной роли, которую они играют в природе. Только во второй половине XIX в. были сделаны открытия, которые позволили выяснить громадное значение микробов в самых разнообразных явлениях, совершающихся на земле.
Знаменитому французскому ученому Луи Пастёру человечество обязано открытием микробной природы инфекционных (заразных) болезней. После открытия Пастёра каждый год приносил новые замечательные открытия в этой области, и в течение нескольких десятков лет возбудители очень многих тяжелых заболеваний (чумы, холеры, туберкулеза, брюшного тифа и других) стали известны человечеству. Однако самые настойчивые попытки обнаружить возбудителей таких заболеваний, как бешенство, оказались безуспешными, и еще Пастёр высказал предположение о существовании настолько маленьких микробов, что они не могут быть видимы даже в самые лучшие микроскопы.
Эта догадка получила подтверждение в открытии русского ученого Ивановского.
Изучая мозаичную болезнь табака — заболевание, которое вызывает некрозы (омертвения) на табачных листьях, Ивановский в 1892 г. обнаружил, что сок этих листьев, свободный от каких бы то ни было обнаруживаемых при самых сильных увеличениях микроскопа микробов, вызывает это заболевание у здоровых растений. Эта работа осталась незамеченной. Но когда 6 лет спустя Леффлер и Фрош сделали аналогичные наблюдения при заболевании крупного рогатого скота, которое называется ящуром и выражается в появлении пузырьков в глотке и на копытах животных, вопрос о невидимых микробах встал во всей своей остроте.
Однако трудности исследования таких невидимых микробов останавливали ученых у порога этой загадочной области. Только в течение последнего десятилетия, когда было выяснено громадное теоретическое и практическое значение невидимых микробов, они начали широко и всесторонне изучаться. Очень скоро название «невидимых» микробов было оставлено. Каждый неоткрытый микроб «невидим» для исследователя; кроме того, некоторые из этих «невидимых» оказались доступными при известных условиях микроскопическому наблюдению. Права гражданства получило другое название — «фильтрующиеся вирусы»1. Это название было дано потому, что агенты, о которых идет речь, проходят через поры таких фильтров, которые задерживают самых маленьких микробов, и эта способность фильтроваться является одним из наиболее характерных их свойств.
В настоящее время известно свыше сотни фильтрующихся вирусов. Заболевания, вызываемые ими, чрезвычайно разнооб-разны и поражают различных животных и человека.
Среди вирусов, поражающих человека, нужно отметить оспу, бешенство, детский спинномозговой паралич2, корь, желтую лихорадку, свинку и различные виды летаргического энцефалита (сонная болезнь).
Последние исследования английских ученых выяснили вирусную природу такого распространенного заболевания, как грипп. Весьма вероятно, что скарлатина также является вирусным заболеванием3.
Наряду с этими иногда очень опасными для жизни заболеваниями вирусы вызывают и такое невинное заболевание человека, как бородавки.
Известно свыше 40 вирусных заболеваний, которые поражают домашних животных. Сюда относятся чума лошадей, чума рогатого скота, чума собак, злокачественная анемия лошадей, ящур, оспа овец и верблюдов, чума свиней и многие другие. Большинство этих заболеваний носит повальный характер и причиняет громадный ущерб народному хозяйству.
Но вирусы поражают и многих других животных, они вызывают чуму птиц, канареечную болезнь, они поражают рыб (оспа карпов) и насекомых (желтуха шелковичных червей, гнилец пчел, болезни бабочек).
Громадное количество растений также подвержено вирусным заболеваниям. Одни только мозаичные болезни поражают до 180 различных видов растений. Фильтрующиеся вирусы вызывают желтуху персиков, крыжовника, земляники, курчавость свеклы, поражают картофель, хлопок и ряд других технических и овощных культур. Наконец, они поражают и бактерии. Д’Эрелль описал фильтрующийся вирус, названный им бактериофагом (пожирателем бактерий), который обладал способностью растворять бактерии.
Таким образом фильтрующиеся вирусы поражают громадное количество живых существ. Этим прежде всего определяется практическое значение вирусной проблемы, тем более, что мы до сих пор почти не знаем действительных мер борьбы с вызываемыми ими заболеваниями.
Однако на земле существуют не только болезнетворные вирусы. Существуют и вирусы, не вызывающие заболевания организма и тем не менее размножающиеся в нем. Эти вирусы можно назвать не патогенными (не болезнетворными). Впервые такой вирус был обнаружен в слюнных железах морской свинки. Аналогичные вирусы найдены и у других животных.
Существуют, по-видимому, и такие вирусы, которые, являясь не болезнетворными в обычных условиях, могут вызывать заболевания, если эти условия изменяются. Таковым, например, является вирус, содержащийся в тех пузырьках, которые высыпают на грани кожи и слизистых оболочек после гриппа или других заболеваний (пузырьки герпеса). Содержимое этих пузырьков вызывает смертельный энцефалит (воспаление мозга) у кроликов. Последние исследования показали, что вирус герпеса очень часто встречается в организме здоровых людей, если у таких людей вызвать посторонним агентом какое-нибудь раздражение кожи, то в этих местах появляются пузырьки, содержащие активный вирус герпеса. Таким образом вирус герпеса существует в организме, не нанося ему никакого ущерба, но при известных условиях начинает проявлять свое болезнетворное действие.
Какова же природа фильтрующихся вирусов?
Вначале полагали, что это живые микроорганизмы, величина которых настолько незначительна, что они не могут быть видимыми в микроскоп. Однако впоследствии возникли очень серьезные сомнения в живой природе фильтрующихся вирусов. Для того чтобы разобраться в этом вопросе, коснемся основных свойств фильтрующихся вирусов.
Хотя в большинстве они и невидимы в микроскоп, все же величина их может быть определена различными способами. Можно, например, фильтровать жидкость, содержащую вирусы, через поры, величина которых известна. Можно подвергать жидкость, содержащую вирусы, диффузии и по скорости диффузии судить о величине диффундирующих комплексов; можно, наконец, подвергать эту жидкость центрифугированию и по скорости осаждения составить представление о величине осаждающихся частиц.
Такие исследования были проведены с очень многими вирусами. Хотя эти исследования и не всегда давали точные цифры, все же путем сравнения данных, полученных в различных лабораториях и различными методами, можно составить довольно ясное представление о величине фильтрующихся вирусов.
Как видно из приведенной таблицы, даже самые крупные фильтрующиеся вирусы лежат на границе или ниже границы разрешающей способности микроскопа; границей видимости самых лучших, наиболее совершенных современных микроскопов является величина в 200 миллимикронов4. Таким образом, большинство фильтрующихся вирусов в настоящее время действительно является невидимым.
Являются ли они живыми? Можно ли представить себе живое существо размером в несколько десятков миллимикронов или даже в несколько миллимикронов? Ведь молекула гемоглобина имеет величину всего в 5,5 миллимикрона, и следовательно, самые маленькие фильтрующиеся вирусы должны состоять в лучшем случае всего из нескольких молекул белка. Однако изучение химической структуры фильтрующихся вирусов показало, что они могут быть получены в растворах, вообще не дающих обычных белковых реакций. Кроме того, вирусы оказались устойчивыми к таким химическим агентам (хлороформ, эфир, карболовая кислота и др.), которые убивают все живое. Отсюда возникли предположения о том, что фильтрующиеся вирусы являются особыми химическими, неживыми агентами, способными нарушать обмен живых клеток микроорганизма. Благодаря этому измененному обмену клетка вновь возвращает в окружающую среду тот же агент в еще более увеличенном количестве. Такую точку зрения упорно защищает в отношении бактериофага и многих фильтрующихся вирусов ряд видных ученых.
Нужно сознаться, что для современного естествознания и медицины вопрос о природе вирусов очень труден. Если признать, что вирусы являются мертвыми химическими агентами, то нужно откинуть теорию Пастёра о том, что все инфекционные заболевания вызываются живыми агентами. А если стать на ту точку зрения, что фильтрующиеся вирусы являются живыми, то придется вступить в конфликт с идеей Вирхова, согласно которой клетка является неделимой основой всего живого; ведь вряд ли можно считать за клетку образования, состоящие всего из нескольких комплексов молекул.
Однако положение не является столь сложным, каким оно может показаться с первого взгляда. Группа фильтрующихся вирусов не является однородной, и среди агентов, причисляемых к этой группе, несмотря на наличие очень многих общих свойств, можно обнаружить две большие подгруппы. К первой из них, которая представлена наиболее крупными вирусами, относятся возбудители таких заболеваний, как оспа, герпес и др. При этих заболеваниях были обнаружены мельчайшие тельца (элементарные тельца), которые, как думает сейчас большинство исследователей, и оказались возбудителями соответствующих инфекций. Эти тельца представляют собой мельчайшие, проходящие через фильтры кокки и с полным правом могут быть названы ультрамикробами. Относительно другой группы вирусов, к числу которых принадлежат бактериофаг, ящур и многие другие, таких данных не имеется, и все попытки обнаружить в жидкостях, содержащих эти вирусы, какие-либо морфологические, доступные для изучения образования, были неудачны. Вряд ли можно сейчас сомневаться в живой природе первой группы фильтрующихся вирусов, и если отсутствуют точные данные, говорящие за живую природу второй группы фильтрующихся вирусов, то все же нужно указать, что изучение их как агентов живой природы является несомненно целесообразным.
Вопрос о природе фильтрующихся вирусов затрагивает таким образом одну из основных проблем биологии — проблему природы жизни. Однако этим не исчерпывается значение проблемы фильтрующихся вирусов для биологии. Многочисленные факты последнего времени настойчиво указывают на ее важность для изучения многих других вопросов биологии. Доказано, что некоторые сортовые признаки растений и даже некоторые мутации растений вызываются вирусами. Доказанная возможность передачи вирусов с пыльцой заставляет думать о большом значении этого вопроса для изучения изменений у растений, передающихся потомству.
Очень интересной является способность некоторых вирусов входить в особые отношения с микробами. Работы нашей лаборатории показали, что вирус может, так сказать, поселиться на микробе, долгое время сохраняться и даже размножаться на его поверхности или внутри микробной клетки. Таким путем микробы могут быть носителями вирусов, с которыми они встречаются в больных организмах. Весьма вероятно, что существуют и противоположные отношения, при которых будет наблюдаться антагонизм микробов и вирусов, но этот вопрос еще не начал изучаться.
Необходимо указать на большое значение проблемы фильтрующихся вирусов и для изучения злокачественных опухолей. В настоящее время доказано, что некоторые злокачественные опухоли птиц и кроликов вызываются фильтрующимися вирусами. В качестве примера такой опухоли можно привести саркому Роуса, которая может перевиваться фильтрами с одной курицы на другую неограниченное количество раз. Хотя пока еще нет никаких данных, которые говорили бы о том, что злокачественные опухоли человека вызываются фильтрующимися вирусами, все же необходимо при их изучении учесть вышеизложенные факты.
Вспомним, что вирус герпеса, находящийся в постоянном симбиозе с организмом, проявляет свое болезнетворное действие при раздражении кожи. Мы знаем, что опухоли также возникают в результате раздражения тканей, и вполне закономерно предположение, что неизвестный агент, вызывающий опухоли и находящийся в неактивном состоянии в организме, может быть активирован раздражением. С этим хорошо согласуются факты, недавно ставшие известными благодаря исследованиям Безредки и Фукса, которые выяснили наличие в некоторых опухолях самостоятельных, автономных от клеток организма агентов.
То обстоятельство, что человеческие опухоли не могут быть перенесены фильтратами, еще ничего не говорит о природе вызывающего их агента. Мы знаем, что ряд фильтрующихся вирусов может быть профильтрован только при особых условиях, что фильтруемость некоторых вирусов была доказана только после многих лет настойчивых экспериментов. Наконец, мы знаем, что многие вирусы, фильтруемость которых отрицается и которые представлены морфологически оформленными образованиями (сыпной тиф), имеют ряд свойств, общих с фильтрующимися вирусами, таким образом, хотя причина происхождения злокачественных опухолей человека в настоящее время не выяснена, можно думать о целесообразности изучения этого вопроса «с позиций» фильтрующихся вирусов.
Каковы же основные свойства фильтрующихся вирусов и как можно изучать эти вирусы, не имея возможности их непосредственно наблюдать?
Общим свойством, присущим всем фильтрующимся вирусам, является неспособность роста на искусственных питательных средах. Все попытки в этом направлении до сих пор оканчивались неудачей. Удалось вырастить многие вирусы в культурах тканей, но никому с достоверностью не удалось получить чистых культур фильтрующихся вирусов на искусственных питательных средах. Это обстоятельство выдвигается исследователями, отрицающими живую природу фильтрующихся вирусов, как один из главных аргументов. Если вирус является ультрамикробом, то почему он не растет без живых растительных или животных клеток? На это можно указать, что потребовались многие годы усилий для получения культур микробов — возбудителей некоторых инфекционных болезней, например сифилиса, в живой природе которых ни у кого нет никаких сомнений. Задача получения чистых культур фильтрующихся вирусов на искусственных средах является одной из основных задач, стоящих в настоящее время перед наукой в этой области.
Следующим общим свойством для всех фильтрующихся вирусов является их необычайная устойчивость к глицерину. Некоторые из них (например вирус детского спинномозгового паралича) сохраняются в глицерине многие годы. Примеров такой устойчивости для микробов мы не знаем.
Многие вирусы очень склонны к мутациям. Если, например, вирус человеческой оспы привить теленку, то этот вирус изменяется и становится неспособным вызывать у человека общее заболевание. Как известно, этим и пользуются при оспенной вакцинации, материал для которой представляет собою вирус человеческой оспы, проведенной через теленка.
Одним из интереснейших свойств фильтрующихся вирусов является способность их вызывать внутриклеточные включения в тех клетках, в которых они размножаются. Включения эти представляют собой обычно овальные или вытянутые образования, размеры которых достигают иногда нескольких десятков микронов; следовательно, они вполне доступны для микроскопических наблюдений. Относительно природы этих включений были высказаны многочисленные догадки. Наиболее вероятным является предположение, что эти образования представляют собой продукты, образуемые клеткой при действии на нее вируса. С другой стороны, для некоторых из этих клеточных включений доказана иная природа. По-видимому, при оспе, особенно при оспе птиц, включения представляют собой колонии возбудителей тех элементарных телец, которые являются морфологическим выражением этих вирусов.
В большинстве случаев убитые вирусы не вакцинируют, не создают иммунитета (невосприимчивости). Это обстоятельство обусловливает громадные трудности в изыскании способов специфической профилактики (предупреждения) вирусных заболеваний. Несмотря на то, что на оспе и бешенстве, классических представителях фильтрующихся вирусов, Дженнером и Пастёром были сделаны наблюдения, заложившие основы современной иммунологии, мы до сих пор почти не имеем эффективных вакцин против других вирусных заболеваний. В последние годы намечается некоторый прогресс в этой области. При действии на вирусы некоторых агентов удалось получить вакцины, могущие рассчитывать на некоторое практическое приложение. К числу таких агентов принадлежат формалин и фотодинамическое действие некоторых красок. Если к жидкости, содержащей вирусы, прибавить метиленовую синьку и подержать эту жидкость на свету, то вирус теряет свою активность. Весьма вероятно, что при этом он оказывается убитым. Тем не менее эта жидкость сохраняет способность вызывать иммунитет у животных. Эти исследования пока еще не получили практического использования.
Необходимо отметить большую трудность изучения вирусов. В большинстве случаев мы их не можем видеть, не можем выращивать на искусственных питательных средах. Для их изучения приходится пользоваться животными, которые являются восприимчивыми к тому или другому вирусу, и на этих животных исследовать основные закономерности, характеризующие соответствующий вирус.
Однако существуют вирусы, которые поражают только один вид животных или очень небольшое количество животных видов; например, корью нельзя заразить ни одно животное; даже заражение обезьян не дает закономерных и постоянных результатов. Детским спинномозговым параличом можно заразить только человека и обезьян.
Кроме того, изучение вирусов требует специальной аппаратуры. Для того чтобы очистить вирус от посторонних веществ, приходится пользоваться особыми центрифугами, дающими не менее десяти тысяч оборотов в минуту. Микроскопические наблюдения необходимо вести наиболее совершенными оптическими системами и в условиях ультрафиолетового освещения. Так как ультрафиолетовый свет имеет более короткую волну, то тем самым повышается разрешающая способность микроскопа и становятся видимыми более мелкие объекты. Однако глаз не воспринимает ультрафиолетовых лучей, и следовательно, освещаемые ими объекты можно только фотографировать.
Для получения вирусов, свободных от посторонних микробов, необходимо пользоваться особыми фильтрами (либо из фарфора, либо из инфузорной земли). Вся эта аппаратура очень дорога и малодоступна для большинства лабораторий. Необходимо указать также, что изучение вирусов требует совместной работы микробиолога, гистолога и биохимика. Только располагая всесторонними данными, можно делать относительно вирусов обоснованные выводы и заключения.
В настоящее время изучение фильтрующихся вирусов начато в широком объеме и в нашем Союзе, для чего создаются специальные лаборатории. Необходимые на это дело затраты целиком окупятся, так как они помогут найти средства борьбы с тем громадным ущербом, который наносят вирусы народному хозяйству и здравоохранению.
Литература
Риверс Т. Фильтрующиеся вирусы. Сельхозгиз, 1934 г.
Рыжков В. Л. Вирусные болезни растений. Сельхозгиз, 1935 г.
Комментарии к статье
1 Подробнее об истории открытия Дмитрием Иосифовичем Ивановским фильтрующихся вирусов см. «Наука и жизнь» №№ 6, 7, 2015 год.
2 В настоящее время для некоторых упомянутых в статье заболеваний чаще используются другие названия: детский спинномозговой паралич — это полиомиелит, чума птиц — птичий грипп, канареечная болезнь — канареечная оспа.
3 Позже было установлено, что скарлатину вызывают стрептококковые бактерии, инфицированные бактериофагом T12. Упоминаемые далее европейский и американский гнилец у пчёл, а также сыпной тиф, возбудители которого сравнимы по размерам с вирусами, также были отнесены к бактериальным заболеваниям.
4 Миллимикрон — то же, что нанометр (нм). Что касается приведённых в таблице величин, то более точные размеры вирусов удалось определить только с дальнейшим развитием микроскопии и появлением электронных микроскопов. Сейчас известно, что вирусы оспы («вакцина») — это вытянутые частицы размером 302—350 на 244—270 нм, размер вируса ящура — 27—30 нм, а большинство бактериофагов в длину имеют от 24 до 200 нм.
