Преступление в микромире

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Сам Шерлок Холмс позеленел бы от зависти, узнай он, как блестяще было раскрыто преступление, о котором мы хотим рассказать. Речь идет о покушении на убийство. Вот улики — несколько уникальных фотографий. Они сделаны под электронным микроскопом вирусологом А. Ф. Быковским, который работает под руководством доктора медицинских наук А. А. Авакяна.

Вглядитесь в фотографии. Перед вами убийца — вирус натуральной оспы. При эпидемиях оспы, если человек не вакцинирован, он неминуемо становится жертвой инфекции. Для знакомства вирус оспы выбран из-за своей фотогеничности. Покушение на жизнь человека вирус начинает с убийства отдельных клеток или с их повреждения.

Вот перед вами клетка и вирус. Она гигант в сравнении с ним. Клетка должна быть величиной с большой дом, чтобы убийца выглядел рядом с ней копеечной монетой. И чтобы показать его, на фотографиях пришлось довольствоваться лишь крошечными участками клетки.

Как же эта мелочь расправляется со своей жертвой? Высказывалось иногда мнение, что она делает это точно так же, как бактериофаг, поражающий бактерию. (Ведь бактериофаг — это вирус бактерий. Подобно вирусу, он состоит из нуклеиновой кислоты, одетой белковым чехлом.)

Пожиратель бактерий, как иногда называют бактериофаг ученые, приближается к одной из них. Затем его белковый чехол сокращается и, словно револьвер, выстреливает голую нуклеиновую кислоту внутрь бактериальной клетки.

Такая версия покушения казалась правдоподобной и по отношению к вирусам. А. Ф. Быковский получил и представил на суд ученых «вещественные доказательства», по-новому рисующие картину преступления и шаг за шагом раскрывающие коварные ухищрения крошечного преступника.

В любой живой ткани клетки отделены друг от друга межклеточными пространствами, в которых плавают частички питательных веществ, молекул белка, углеводов, жиров. Клетки нашего тела едят и пьют почти таким же образом, как их далекие предки — одноклеточные существа. Прилипшие кусочки пищи они просто втягивают в себя. И вот вирус приближается к клетке, затерявшись в толпе молекул пищи. Преступник, как ему и полагается, действует в маске. Закутанный в белковую оболочку, он решительно ничем не отличается от своих соседей.

Наконец, перед ним клетка. Она вовсе не так беззащитна, как может показаться. Трудности, возникающие перед вирусом, легко понять, если представить себе, что вам нужно с голыми руками — без применения взрывчатки и стенобитных орудий — пройти сквозь кирпичную стену. К тому же стена ощетинилась — она электрически заряжена. Правда, электрический кордон в некоторых местах мембраны слабее. И там именно вирус может подойти поближе и прилипнуть к мембране.

По ошибке приняв вирус за частичку пищи, клетка постепенно обволакивает его и замыкает внутри себя. Так, коварно обманув клетку, преступник проник в нее, чтобы изнутри вести свою разрушительную диверсию. Как видите, нет никакого сходства с действиями бактериофага. Что же происходит дальше?

Проникнув внутрь клетки, вирус при помощи ее ферментов сбрасывает маску — белковую оболочку, обнажая нуклеиновую кислоту. До вторжения в клетке все шло своим чередом. В ней есть своеобразная поточная линия. Клетка вбирает в себя и перерабатывает питательные вещества, поддерживая за счет этого свою жизнедеятельность. Из питательных веществ она получает строительные материалы, чтобы расти и делиться. Для осуществления всех этих процессов в ней имеются мельчайшие частички — структуры, которые и можно назвать узлами поточной линии. Это митохондрии — энергетические станции клетки, бесчисленные рибосомы — фабрики, где ведется синтез белка и т. д.

События, которые происходят дальше, в современной вирусологии часто рисуются так. Вирус немедленно захватывает средства производства, которыми располагает облюбованная им жертва. Он переключает поточную линию, заставляя ее работать на себя. Вместо того чтобы заниматься обычным делом, клетка производит множество молекул вирусной нуклеиновой кислоты и белок для их чехлов. На снимке хорошо видна темная масса — нуклеиновая кислота, навалом лежащая в клетке.

Когда запас достаточно велик, от скопления нуклеиновой кислоты начинают отделяться новорожденные вирусы, одновременно сразу же одеваясь в белковые чехлы. Те, которые только что отшнуровались, имеют еще младенческие черты, а те, что постарше, приобрели зрелый вид и портретное сходство с родителем.

По господствующим в науке взглядам, вирус начисто лишен анатомической экипировки: митохондрий, рибосом и прочего. Но вот, разглядывая срезы, на которых был виден момент рождения вирусов, Быковский неожиданно заметил какие-то необычные образования. Странная, даже еретическая, мысль пришла ему в голову: больше всего они напоминают рибосомы. Рибосомы, фабрики белка, у вирусов?! Неужели это возможно?..

Развитие продолжается. Новое поколение вирусов созревает. Оно должно обязательно покинуть ограбленный дом. Второго поколения здесь, на разоренной почве, вирусы дать не смогут: сделав свое черное дело, убийцы оставляют место преступления. Но как?

Зараженная клетка зачастую просто погибает. Но бывает и по-другому: иногда она выдерживает диверсию, остается жить после вторжения вируса. Если клетка разрушена, препятствий для бегства нет. А если она еще цела? Тогда происходит вот что. Клетка способна не только поглощать, но и выделять: отходы обмена веществ она удаляет из себя через мембрану в межклеточное пространство. Этим-то механизмом живой клетки пользуется вирус, чтобы уйти из нее.

Попав в межклеточные пространства, вирус вновь оказывается на воле, цикл развития повторяется. Развивается инфекция, разносится зараза, прогрессирует болезнь. Чтобы доискаться до истины и представить себе этот процесс так, как о нем рассказано сейчас, ученым пришлось проделать огромную и кропотливейшую работу.

Необычный следственный эксперимент ведется с помощью электронного микроскопа. Чтобы шаг за шагом выслеживать действия вируса, надо приготовить тысячи тончайших тканевых срезов толщиной приблизительно в полмолекулы. А дальше — самое трудное. Срез за срезом — одна сотня за другой — просматривают и фотографируют. На каждом из них сеть темных прожилок, пятен, образований. Ведь работа ведется при увеличении в миллион раз!

Совсем не просто разобраться в рисунке срезов, а ведь это всего лишь азы следовательской работы. Тем более трудно увидеть на них новое, еще не обнаруженное и не описанное, и понять, что такое это новое. Первым, кто раскрыл тайны своего развития, был вирус оспенной вакцины. Заговорить его заставил известный американский вирусолог А. Делз. Ну, а другие вирусы? Поражая клетку, пользуются ли они той же преступной технологией?

«Да», — отвечают Быковский и Авакян, которые смогли подкрепить свое мнение данными, относящимися уже к нескольким вирусам — полиомиэлита, натуральной оспы, аденовирусам, вызывающим поражение органов дыхания, и другим.

Автор: Ю. Шишина.