© Евгений Качаровский, текст

© ООО «Издательство АСТ»

Процитирую работу доктора Унруха фон Штайнплаца о штаммах радиоактивных вирусов. Занимаясь такими известными вирусами, как бешенство, гепатит и оспа, он на протяжении многих поколений подвергал их воздействию радиоактивного излучения и получил штаммы необычайно высокой вирулентности, которые распространялись по воздуху и были способны уничтожать целые народы за считаные дни. Но у этого проекта был один недостаток – проблема утилизации миллиардов радиоактивных трупов, которые не годились даже на удобрения.

Уильям Берроуз, «Города красной ночи»

От автора

Наша жизнь все больше и больше зависит от вирусов, этих ничтожно маленьких структур, которые язык не поворачивается назвать «организмами». Если сто лет назад в научной фантастике правили бал инопланетяне, представлявшие главную угрозу человечеству, то сейчас балом правят вирусы, причем не только в фантастике, но и в реальной жизни. Мелкая ничтожная пакость по имени SARS-CoV-2 сумела сделать невероятное – закрыла на карантин всю планету, порушила все планы и биржи, превратила Homo sapiens mobilis (Человека разумного мобильного) в Homo sapiens domesticus (Человека разумного домашнего).

Вот кто бы мог подумать, что миром начнут править вирусы? Особенно после того, как в 1980 году Всемирная ассамблея здравоохранения торжественно объявила о тотальном и повсеместном уничтожении вируса натуральной оспы. В масштабе всей планеты при помощи вакцинации был уничтожен возбудитель опаснейшего заболевания! Радости было море и прогнозы создавались самые оптимистические. Сегодня мы победили оспу, завтра победим грипп, к началу нового тысячелетия разберемся с вирусами гепатита, а под конец добьем прочую разную мелочь, и вирусология (так, если кто не в курсе, называется наука о вирусах) станет частью истории медицины.^[1]

Ха! Как бы не так!

Империя Зла тут же нанесла ответный удар – сбросила на человечество бомбу под названием «вирус иммунодефицита».

Вместо опасного, но хорошо знакомого врага – вируса натуральной оспы, нам стал угрожать враг неведомый, действующий скрытно и распространяющийся коварным половым путем. Против старого врага у человечества имелось надежное оружие в виде вакцины, а перед вирусом иммунодефицита оно оказалось беззащитным. И если уж говорить начистоту, остается беззащитным до сих пор. Отдельные оптимистические сообщения, которые периодически сулят нам победу над вирусом иммунодефицита, в расчет принимать не стоит. Вакцины против этого вируса нет и препаратов, которые могли бы полностью очистить от него организм, тоже нет. Есть только препараты, сдерживающие вирус. Разумеется, хорошо, что хоть это есть, но «сдерживать» и «уничтожать» – это разные слова, не так ли?

Но мало было нам вируса иммунодефицита… В новом тысячелетии к нему добавились какие-то коронавирусы, вирус гриппа стал особо зловредным, за что его заслуженно прозвали «свинским гриппом», а в полку вирусов гепатита, которых полсотни лет назад было известно всего два, произошло существенное прибавление… Расклад сил изменился – если раньше человечество наступало на вирусы, то сейчас вирусы наступают на нас. И как наступают! Единым, можно сказать, фронтом. Если уж говорить начистоту, то нам легче было бы победить каких-нибудь разумных марсиан или, скажем, центавристов. С крупными врагами нам бороться как-то привычно (между собой постоянно воюем), да и договориться с пришельцами можно, потому что с разумным существом всегда можно договориться. А как прикажете договариваться с безмозглыми вирусами? Да у них не то, чтобы мозгов, у них кроме… Впрочем, это мы обсудим в первой главе.^[2][3]

Но неправильно было бы считать вирусы только нашими врагами. Вирусы могут быть и помощниками. Знаете ли вы, как работают генные инженеры? Если ваше воображение рисует вам большие и светлые операционные, в которых, под контролем супермощных электронных микроскопов, генетики вырезают из клеток одни гены и вшивают вместо них другие, то вам нужно срочно приступать к созданию фантастических произведений, желательно – сценариев, потому что они приносят больше денег. Хорошее воображение нужно использовать на всю катушку, и вообще таланты не следует зарывать в землю.

На самом же деле, генетики помещают в пробирку клетки, которым нужно пересадить новый ген и добавляют туда вирусы, к которым они этот ген прицепили. Вирусы внедряются в клетку и оставляют там прицепленные гены… Мы об этом тоже поговорим подробно, а пока что знайте, что без вирусов-помощников современная генетика обойтись не может. Не вирусом единым она жива, конечно, но помощь от них очень большая.

И не только генетикам помогают вирусы. В сельском хозяйстве при помощи вирусов борются с бактериальными заболеваниями растений. Это очень экологичный метод борьбы – вирусы сжирают бактерии и сами тоже гибнут, не оставляя на растениях никаких следов, в отличие от химических препаратов. Широко используются вирусы для борьбы с бактериями в ветеринарии и пищевой промышленности.

Так что вирус вирусу рознь и нельзя мешать их все в одну кучу.

Интерес к вирусам растет примерно теми же темпами, которыми распространяются вирусы во время эпидемий. Написано о них много, но в этом море «вирусной» научно-популярной литературы не было «Вирусологии для чайников» – книги, созданной по принципу «с нуля и обо всем» и по правилу «о серьезном в простой, доступной форме». Какой-либо специальной подготовки для чтения этой книги не требуется, ну разве что усесться или улечься поудобнее. Те, кто дочитает ее до конца, будут знать о вирусах все, что может знать о них человек, не имеющий высшего медицинского образования. А если захочется узнать больше, то флаг вам в руки и семь футов под килем! Шесть лет в вузе, два года ординатуры – и вы станете дипломированным вирусологом, Истребителем Негодяев и Покровителем Добропорядочных (это о вирусах, если кто не понял).

Предупреждение – все, о чем рассказывается в этой книге, имеет под собой надежную научную основу. Домыслов, вымыслов и прочей псевдонаучной белиберды вы в ней не найдете. Точно так же, как и не найдете рецептов чудодейственных противовирусных средств, которые на протяжении столетий хранили сибирские колдуны, тибетские жрецы или шаманы культа Вуду. Но с научных позиций мы обязательно обсудим противовирусное лечение и его нюансы, потому что без этого наше руководство было бы неполным.

«Ad acta», как говорили древние римляне, – к делу!

Часть первая
Общая вирусология

Глава первая
Организмы на краю жизни

 
О кочанах и королях
Мы с вами поболтаем,
И отчего валы кипят
Как-будто чайник с чаем
И есть ли крылья у свиней
Мы это все узнаем.
 

Льюис Кэрролл, «Алиса в Зазеркалье»

(Перевод Т. Л. Щепкиной-Куперник)

Знакомство с вирусами надо начинать с… клетки. Да – с живой клетки, которая служит вирусам домом. Впрочем, не просто домом, а родильным домом, сборочным цехом, складом ресурсов и чем-то вроде крепости, надежно защищающей от врагов.

У любой клетки, растительной или животной, непременно должны быть три составные части – наружная оболочка, называемая клеточной мембраной, хранилище наследственной информации и внутренняя среда – полужидкая цитоплазма, в которой расположены клеточные органы и запасы различных нужных клетке веществ – кристаллы солей, капельки жира, зерна крахмала.

Наследственную информацию, определяющую развитие и вообще всю жизнедеятельность клетки, хранят молекулы особых веществ – нуклеиновых кислот. Название «нуклеиновая» происходит от латинского слова «nucleus», означающего «ядро». Дело в том, что у высокоразвитых клеток, имеющих много органов, наследственный материал упакован в ядро, которое можно сравнить со шкафом, а то и с сейфом. Согласитесь, что в шкафу или сейфе ценности будут сохраннее, верно? Молекулы нуклеиновых кислот, находящиеся в ядре, лучше защищены от повреждения, нежели их «сестры», плавающие в цитоплазме. А чем опасно повреждение молекулы, хранящей наследственную информацию? Изменением этой информации оно опасно. Молекулы нуклеиновых кислот могут восстанавливаться после повреждения (мать-природа дала им такую возможность), но любое восстановление чревато ошибками. С одной стороны, эти ошибки могут оказаться полезными, если приведут к возникновению каких-то полезных признаков, повышающих приспособленность организма к окружающей среде, а с другой – это еще бабушка надвое сказала, полезной окажется ошибка или же нет. Так что лучше не рисковать и хранить информацию в сейфе.

Клетки-эукариоты, наследственная информация которых упакована в ядро, в эволюционном отношении являются более молодыми, чем клетки-прокариоты, у которых ядер нет. Чем проще строение организма, тем он древнее – это общее эволюционное правило. Мы с вами, а также большинство живых организмов, кроме одноклеточных бактерий и близких к ним архей, относимся к эукариотам. Впрочем, вирусам совершенно безразлично, в каких клетках обитать – ядерных или безъядерных. Главное, чтобы был домик, а при нем – амбар с запасами всего необходимого.

Молекулы нуклеиновых кислот могут содержать остатки одного из двух сахаров – рибозы или дезоксирибозы. Разница между двумя сахарами небольшая – всего в один атом кислорода. «Дезокси-» переводится с латыни как «отсутствие атома кислорода», то есть дезоксирибоза – это рибоза без одного атома кислорода. От названия сахарного остатка образуются названия кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). С химической точки зрения разница между ДНК и РНК заключается в наличии или отсутствии одного атома кислорода в сахарном остатке. Не такая уж и большая разница, верно? Но с генетической точки зрения разница между ДНК и РНК огромна. Молекула ДНК – хранитель наследственной информации и организатор ее передачи по назначению. Да, и организатор тоже, поскольку именно в молекуле ДНК записан процесс считывания закодированной в ней информации. А молекулы РНК играют вспомогательную роль – служат матрицами для синтеза белков, проявляют ферментативную активность, занимаются транспортом белков внутри клетки. Но у многих вирусов РНК играет роль ДНК, то есть является хранителем наследственной информации. По типу хранилища вирусы подразделяются на РНК-содержащие и ДНК-содержащие. Подавляющее большинство вирусов содержат РНК.

Что конкретно понимается под словами «наследственная информация»? Это информация о строении всех клеточных белков и РНК, а также информация о системах регуляции их синтеза.

Молекулы ДНК и РНК состоят из повторяющихся блоков, которые называются нуклеотидами. Нуклеотиды можно сравнить с буквами, которыми записывается наследственная информация. Всего букв пять, три из них универсальные, то есть – содержатся и в молекулах РНК, и в молекулах ДНК, четвертая присутствует только в ДНК, а пятая – только в РНК. Посмотрите на себя в зеркало и представьте, что вся информация о вас, таком симпатичном, умном, совершенном во всех отношениях и абсолютно уникальном человеке, записана при помощи четырех букв.

Но этого вполне достаточно, ведь комбинация из четырех элементов дает десять тысяч вариантов, вдобавок эти четырехэлементные комбинации комбинируются друг с другом в различных сочетаниях, что дает невероятно большое, можно сказать – стремящееся к бесконечности, количество вариантов.

Молекулы ДНК не просто огромные, они гигантские. Число атомов в молекуле ДНК может доходить до десяти миллиардов. Природа стремится к компактности, поэтому гигантская молекула ДНК состоит не из одной, а из двух цепочек, которые закручены вокруг своей оси в спираль, образуя что-то вроде двойной пружины. Молекулы РНК гораздо меньше и, в большинстве своем, состоят из одной цепи.

Вам, наверное, доводилось слышать слово «хромосома». Хромосомой называется комплекс из молекулы нуклеиновой кислоты и нескольких молекул белка. В этом комплексе молекула нуклеиновой кислоты выступает в роли госпожи, а белковые молекулы – в роли обслуживающего персонала.

В «ядерных» клетках-эукариотах хромосомы, имеющие вид длинных тонких нитей, собираясь вместе, образуют ядро. Изначально этот термин был предложен для обозначения структур, выявляемых в клетках-эукариотах, но в последнее время все чаще говорят о бактериальных или вирусных хромосомах. Давайте договоримся, что мы слово «хромосома» вообще употреблять не станем, а станем просто говорить о молекулах ДНК и РНК. Сейчас мы упомянули о хромосомах только для того, чтобы это слово, встреченное в других источниках знаний, не ставило бы вас в тупик.

Участок молекулы ДНК или РНК, содержащий информацию об одном отдельном белке, то есть – об одном признаке организма, называют геном. Чем сложнее организм, тем большее количество генов содержится в его «досье», которое называется геномом. Геном человека содержит около 28 000 генов, а у крошки-цирковируса (вируса из семейства цирковидовых) – генов всего два. Кстати говоря, название семейства происходит не от слова «цирк», а от латинского слова «circus», означающего «круг». Дело в том, что одноцепочечная молекула ДНК этих вирусов замкнута в кольцо. В цирках же если и обитают какие-то вирусы, то это вирусы хорошего настроения, до изучения которых у вирусологов пока еще руки не дошли.

Считывание информации с молекулы нуклеиновой кислоты происходит довольно просто – по молекуле «ползет» молекула специально уполномоченного фермента, которая считывает информацию и на ее основании синтезирует молекулу белка или же РНК-матрицу для синтеза белковых молекул. На небольшой РНК-матрице удобнее производить молекулы белка, чем на огромной ДНК-матрице, опять же молекула ДНК, кодирующая данный белок, присутствует в клетке в единственном экземпляре, а РНК-матриц можно «наштамповать» сколько угодно.

В любой живой клетке на основе наследственной информации постоянно что-то да синтезируется.

Сказки про Кощея Бессмертного все помнят? «На море на океане есть остров, на том острове дуб стоит, под дубом сундук зарыт, в сундуке – заяц, в зайце – утка, в утке – яйцо, в яйце – игла, смерть Кощея». Игла – это ДНК, яйцо – клеточное ядро, заяц и утка обозначают цитоплазму, а сундук – это клеточная мембрана, которая ограничивает содержимое клетки и отделяет клетку от внешней среды. Есть клетки, не имеющие ядра и каких-либо клеточных органов, называемых органеллами или органоидами. Но без оболочки, внутренней среды и досье с наследственной информацией клетки быть не может.

Клеточная мембрана – это «умная» оболочка, которая пропускает в клетку нужные вещества и не пропускает ненужные или вредные. По-научному это явление называется избирательной проницаемостью.

Клеточные мембраны образованы двойным слоем фосфолипидов. Давайте вспомним из курса химии, что липидами называются жиры и жироподобные вещества, а фосфолипидами называются липиды, молекулы которых содержат остатки фосфорной кислоты.^[4]

Через двойной слой фосфолипидов в клетку самостоятельно, без посторонней помощи, могут проникать только жирорастворимые вещества – жиры или, к примеру, спирты. Вода и все водорастворимые вещества, в том числе и любые ионы, сами по себе проходить через мембрану не могут, для них нужны специальные транспортные каналы. Каналы образуются белковыми молекулами, которые находятся в толще клеточных мембран. В фосфолипидных оболочках без участия белков канал устроить невозможно – простое отверстие тут же затянется подобно тому, как затягивается отверстие, сделанное в пленке жира на поверхности воды.

Белковые молекулы могут образовывать пору или канал для прохождения водорастворимых веществ или же занимаются активным транспортом – захватывают нужные молекулы на одной стороне мембраны и переносят к другой стороне. Молекулы-транспортники пронизывают всю толщу клеточной мембраны, выходя обеими своими концами за ее пределы.

На наружной поверхности мембран находятся рецепторы – белковые молекулы, способные связываться с молекулами определенных веществ. Через рецепторы эти вещества оказывают на клетку определенное воздействие. Существуют особые рецепторы, называемые маркерами, которые представляют собой нечто вроде «визитной карточки» клетки. По маркерам клетки опознаются другими клетками, а также вирусами.

Рибосомы – это сферические образования, не имеющие своей отдельной мембраны. По сути рибосомы являются скоплением молекул РНК, синтезирующих белки из аминокислот, в соответствии с информацией, записанной в РНК-матрице. Молекула ДНК – слишком громоздкая матрица, гораздо удобнее для синтеза белковых молекул маленькие матрицы РНК, и это удобство оправдывает затраты на их изготовление на основании той информации, что записана в молекуле РНК. К тому же матрица-ДНК в клетке всего одна, а РНК-копий можно изготовить сколько угодно, в результате чего синтез белков будет более интенсивным. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках, они есть и у эукариот, и у прокариот. Количество рибосом в клетке может достигать десятков миллионов. Иначе и быть не может, ведь живой клетке постоянно нужны белки.^[5]

В цитоплазме находится множество рибосом – сферических образований, не имеющих своей отдельной мембраны. Рибосомы образованы скоплениями молекул РНК, которые занимаются синтезом белков по РНК-матрицам. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках. Количество рибосом в одной клетке зависит от потребности в белках и может достигать нескольких миллионов.

На этом наше беглое знакомство с клеткой можно считать завершенным. Многое, разумеется, осталось за рамками, но нам с вами, как вирусологам, бо2льших знаний пока не требуется. А если что и нужно будет дополнить, то мы сделаем это по ходу разговора.

Важно понимать следующее:

➢ в любой клетке есть молекулы ДНК, в которых записана наследственная информация;

➢ у любой клетки есть защитная оболочка – клеточная мембрана, обладающая избирательной проницаемостью;

➢ на поверхности клеточных мембран расположены маркеры – белковые молекулы, служащие для распознавания клеток.

Та-да-да-дам!

Дорогие друзья! Наступил торжественный момент, которого многие из вас давно ждали. Начинается ваше путешествие в неповторимый и прекрасный мир вирусов! Помните о том, что вы вступаете на чужую территорию, часть населения которой может быть настроена враждебно по отношению к вам. Будьте внимательны и осторожны! Следуйте инструкциям и, что бы ни произошло, не поддавайтесь панике. И берегите себя. Ведь лучше вас с этой задачей никто не справится.

Возможно, вас удивило название этой главы. «Организмами на краю жизни» называют вирусы самые осторожные из ученых, которые, с одной стороны, не могут признать вирусы живыми существами, а, с другой, не могут назвать их неживыми.

«Живые или неживые?» это вопрос посложнее, чем гамлетовское «быть или не быть?». Несмотря на столетнее знакомство, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, можно ли считать вирусы живыми.

«Они живые! – убеждают левые радикалы. – Вирусы способны размножаться? Способны! Способны приспосабливаться к условиям окружающей среды? Способны! Наследственностью обладают? Обладают! Значит – они живые!». К месту можно вспомнить и то, что некоторые бактерии, например – большинство риккетсий и хламидии, не способные размножаться вне клеток-хозяев, «единогласно» считаются живыми организмами.

«Ну какие же они живые? – возражают правые консерваторы. – Самостоятельно, без использования чужих ресурсов, вирусы воспроизводиться способны? Не способны! Собственный обмен веществ и энергии они имеют? Не имеют! Значит, живыми их считать нельзя! Вирусы – это не форма жизни, а комплексы органических молекул, взаимодействующие с живыми организмами. Точка!»^[6]

«Они живые, но не совсем», – шутят те, кому давно надоели эти споры. Но, как вы понимаете, быть не совсем живым это все равно что быть не совсем беременной.

Давайте разбираться. К концу этой главы вы сможете вынести собственное суждение о вирусах и о том, к какой фундаментальной науке следует отнести вирусологию – к биологии, которая изучает все живое, или же к химии, которая занимается молекулами.