Злочин у мікросвіті

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Сам Шерлок Холмс позеленів би від заздрощів, дізнайся він, як блискуче був розкритий злочин, про який ми хочемо розповісти. Йдеться про замах на вбивство. Ось докази – декілька унікальних фотографій. Вони зроблені під електронним мікроскопом вірусологом А. Ф. Биковським, який працює під керівництвом доктора медичних наук А. А. Авакяна.

Вдивіться у фотографії. Перед вами вбивця – вірус натуральної віспи. При епідеміях віспи, якщо людина не вакцинована, вона неминуче стає жертвою інфекції. Для знайомства вірус віспи обраний через свою фотогенічність. Замах на життя людини вірус починає з вбивства окремих клітин або з їх пошкодження.

Ось перед вами клітина і вірус. Вона гігант в порівнянні з ним. Клітина повинна бути завбільшки з великий будинок, щоб вбивця виглядав поруч з нею копійчаною монетою. І щоб показати його, на фотографіях довелося задовольнитися лише крихітними ділянками клітини.

Як же ця дрібниця розправляється зі своєю жертвою? Висловлювалася іноді думка, що вона робить це точно так само, як бактеріофаг, що вражає бактерію. (Адже бактеріофаг – це вірус бактерій. Подібно вірусу, він складається з нуклеїнової кислоти, одягненої білковим чохлом).

Пожирач бактерій, як іноді називають бактеріофаг вчені, наближається до однієї з них. Потім його білковий чохол скорочується і, немов револьвер, вистрілює голу нуклеїнову кислоту всередину бактеріальної клітини.

Така версія замаху здавалася правдоподібною і по відношенню до вірусів. А. Ф. Биковський отримав і представив на суд вчених «речові докази», що по-новому малюють картину злочину і крок за кроком розкривають підступні хитрощі крихітного злочинця.

У будь-якій живій тканині клітини відокремлені одна від одної міжклітинними просторами, в яких плавають частинки поживних речовин, молекул білка, вуглеводів, жирів. Клітини нашого тіла їдять і п’ють майже таким же чином, як їхні далекі предки – одноклітинні істоти. Прилиплі шматочки їжі вони просто втягують в себе. І ось вірус наближається до клітини, загубившись у натовпі молекул їжі. Злочинець, як йому і належить, діє в масці. Закутаний у білкову оболонку, він рішуче нічим не відрізняється від своїх сусідів.

Нарешті, перед ним клітина. Вона зовсім не така беззахисна, як може здатися. Труднощі, що виникають перед вірусом, легко зрозуміти, якщо уявити собі, що вам потрібно з голими руками – без застосування вибухівки та стінобитних знарядь – пройти крізь цегляну стіну. До того ж стіна наїжачилася – вона електрично заряджена. Правда, електричний кордон в деяких місцях мембрани слабкіший. І там саме вірус може підійти ближче і прилипнути до мембрани.

Помилково прийнявши вірус за частинку їжі, клітина поступово огортає його і замикає всередині себе. Так, підступно обдуривши клітку, злочинець проник в неї, щоб зсередини вести свою руйнівну диверсію. Як бачите, немає ніякої схожості з діями бактеріофага. Що ж відбувається далі?

Проникнувши всередину клітини, вірус за допомогою її ферментів скидає маску – білкову оболонку, оголюючи нуклеїнову кислоту. До вторгнення в клітині все йшло своєю чергою. У ній є своєрідна потокова лінія. Клітина вбирає в себе і переробляє поживні речовини, підтримуючи за рахунок цього свою життєдіяльність. З поживних речовин вона отримує будівельні матеріали, щоб рости і ділитися. Для здійснення всіх цих процесів у ній є найдрібніші частинки – структури, які і можна назвати вузлами потокової лінії. Це мітохондрії – енергетичні станції клітини, незліченні рибосоми – фабрики, де ведеться синтез білка і т. д.

Події, які відбуваються далі, в сучасній вірусології часто малюються так. Вірус негайно захоплює засоби виробництва, якими володіє вподобана їм жертва. Він перемикає потокову лінію, змушуючи її працювати на себе. Замість того щоб займатися звичайною справою, клітина виробляє безліч молекул вірусної нуклеїнової кислоти і білок для їх чохлів. На знімку добре видно темна маса – нуклеїнова кислота, що навалом лежить в клітині.

Коли запас досить великий, від скупчення нуклеїнової кислоти починають відділятися новонароджені віруси, одночасно відразу ж одягаючись у білкові чохли. Ті, які щойно відшнуровуються, мають ще дитячі риси, а ті, що старше, придбали зрілий вигляд і портретну схожість з батьком.

За панівним в науці поглядам, вірус начисто позбавлений анатомічної екіпіровки: мітохондрій, рибосом та іншого. Але ось, роздивляючись зрізи, на яких було видно момент народження вірусів, Биковський несподівано помітив якісь незвичайні утворення. Дивна, навіть єретична, думка прийшла йому в голову: найбільше вони нагадують рибосоми. Рибосоми, фабрики білка, у вірусів?! Невже це можливо?..

Розвиток триває. Нове покоління вірусів дозріває. Воно повинно обов’язково покинути пограбований будинок. Другого покоління тут, на розореному грунті, віруси дати не зможуть: зробивши свою чорну справу, вбивці залишають місце злочину. Але як?

Заражена клітина часто просто гине. Але буває й по-іншому: іноді вона витримує диверсію, залишається жити після вторгнення вірусу. Якщо клітина зруйнована, перешкод для втечі немає. А якщо вона ще ціла? Тоді відбувається ось що. Клітина здатна не тільки поглинати, але і виділяти: відходи обміну речовин вона видаляє з себе через мембрану у міжклітинний простір. Цим-то механізмом живої клітини користується вірус, щоб піти з неї.

Потрапивши в міжклітинні простори, вірус знову опиняється на волі, цикл розвитку повторюється. Розвивається інфекція, розноситься зараза, прогресує хвороба. Щоб дошукатися до істини і уявити собі цей процес так, як про нього розказано зараз, вченим довелося проробити величезну і копітку роботу.

Незвичайний слідчий експеримент ведеться за допомогою електронного мікроскопа. Щоб крок за кроком вистежувати дії вірусу, треба приготувати тисячі найтонших тканинних зрізів товщиною приблизно в пів молекули. А далі – найважче. Зріз за зрізом – одна сотня за одною – переглядають і фотографують. На кожному з них мережа темних прожилок, плям, утворень. Адже робота ведеться при збільшенні в мільйон разів!

Зовсім не просто розібратися в малюнку зрізів, а адже це всього лише ази слідчої роботи. Тим більше важко побачити на них нове, ще не виявлене і не описане, і зрозуміти, що таке це нове. Першим, хто розкрив таємниці свого розвитку, був вірус віспяної вакцини. Заговорити його змусив відомий американський вірусолог А. Делз. Ну, а інші віруси? Вражаючи клітку, чи користуються вони тією ж злочинною технологією?

«Так», – відповідають Биковський і Авакян, які змогли підкріпити свою думку даними, що відносяться вже до кількох вірусів – поліоміеліта, натуральної віспи, аденовірусів, що викликають ураження органів дихання, тощо.

Автор: Ю. Шишина.