М. Козлов - Живые организмы-спутники человека
Вирусы — существа доклеточного строения, внутриклеточные паразиты.
Когда вирусы проникают в клетки организмов, они маскируются и становятся как бы частью клеток, но функционируют как паразиты.
Вирус — это оборотень. В клетке он ведет себя как существо, размножается, потомки его несут признаки родителей. Вне клетки он не что иное, как вещество, ведет минеральное существование, может превращаться в кристалл.
Вирус — это химера, способная быть мертвой, чтобы воскреснуть. Вирус — это балансирующая на грани живой и неживой природы дремлющая искра жизни.
Как устроен вирус?
Возьмите любую популярную статью или книгу о вирусах, откройте любую современную энциклопедию — всюду вы найдете удивительно ясный и простой ответ на этот вопрос: как правило, вирус состоит всего из двух компонентов — белка и нуклеиновой кислоты.
Однако, чтобы найти этот ответ, потребовалось сорок лет напряженной работы вирусологов и биохимиков.
Надо было собрать тысячи тонн больных мозаичной болезнью растений табака, выжать из них сок и пропустить его через ультрафильтр, а потом уже выяснить состав полученного экстракта. В 1935 году Уэнделл Стэнли объявил, что вирус табачной мозаики есть не что иное, как белковая молекула. Через два года английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири в вирусе, кроме белка, обнаружили нуклеиновую кислоту. Оказалось, что нуклеиновая кислота занимает центральное положение, а белок образует вокруг нее защитный чехол. Нуклеиновая кислота вируса называется нуклеоидом, а белковый чехол — капсидом. Нуклеиновая кислота — это «мозг» вируса, в ней заключена вся информация, необходимая для производства новых вирусных частиц, информация, передающаяся по наследству потомкам. Белок выполняет роль «кожи» и «тела» вируса.
Существует два типа нуклеиновой кислоты: дезоксирибонуклеиновая кислота (сокращенно ДНК), содержащая сахар, называемый дезоксирибозой, и рибонуклеиновая (РНК), имеющая в своем составе вместо дезоксирибозы сахар — рибозу. Клетки большинства живых существ, кроме вирусов, содержат оба типа этих кислот. Каждый вирус наделен лишь одним типом нуклеиновой кислоты, либо ДНК, либо РНК. Так, вирусы гриппа, полиомиелита, ящура, вирусы растений содержат РНК, а вирусы оспы, аденовирусы, бактериофаги — ДНК. По содержанию нуклеиновой кислоты одни вирусы беднее других. Чем больше нуклеиновой кислоты, тем вирус «умнее». Содержание ДНК в некоторых бактериофагах составляет до 50 % всей массы. Недаром они имеют довольно сложное поведение и строение. Самый простой вирус намного сложнее атома. Судите сами: вирус табачной мозаики состоит примерно из 5 000 000 атомов.
Как выглядят вирусы — представители самой простой формы жизни на Земле?
Среди этих крошечных карликов, многие из которых видны только при увеличении не менее чем в 10 000 раз, встречается множество удивительных форм. Даже не верится, что они так разнообразны.
Возьмем хотя бы бактериофагов — вирусов бактерий (рис. 2). У них есть головка и хвост. В головке, как и полагается, помещается «мозг» вируса — необычайно длинная нить нуклеиновой кислоты. «Мозг» защищен «черепной» белковой коробкой. Головка имеет форму многогранника, а в поперечном сечении — шестиугольная. За головкой идет образование, напоминающее длинный хвост. Его можно было бы назвать туловищем. На конце его расположена пластинка.
К ней прикрепляются шесть хвостовых нитей, выполняющих роль ног. Бактериофаг садится на бактерию, ножками как бы прилипает к ее поверхности. Вокруг туловища вируса надето что-то вроде спиральной пружинки — муфты. Туловище полое, в хвостовой части его находится особая «железа». Содержимое этой железы — фермент лизоцим способен разжижать оболочку бактерии. Когда бактериофаг фиксируется на бактерии, спиральная пружинка освобождается и сжимается. При этом туловищный отдел вируса, подобно игле для уколов, проталкивается внутрь бактерии.
Далее происходит что-то фантастическое. Вирус разрывается на части. Его «мозг» — ДНК — через полое туловище впрыскивается во внутренние владения бактерии, а его белковое тело остается снаружи. От этого вирус не погибает. Его «мозг» живет, налаживает в теле бактерии производство новых вирусов.
Рис. 2. Бактериофаг:
вверху слева — до прикрепления к клетке хозяину;
вверху справа — после прикрепления к клетке хозяину (модель);
внизу — головка бактериофага Т4 разорвалась, и нуклеиновая кислота, представляющая собой одну длинную молекулу, высвободилась из головки вируса.
Есть палочковидные вирусы. Например, вирус табачной мозаики напоминает полый цилиндр. Стенки живой палочки не сплошные, они состоят из мелких частиц. Оказывается, вирус табачной мозаики похож на палочку только на первый взгляд, на самом деле он отдаленно напоминает еловую шишку, но более удлиненную, чем обычная, или же кукурузный початок.
Если рассматривать с помощью электронного микроскопа при увеличении в десятки тысяч раз вирусы гриппа, полиомиелита, аденовирусы или некоторые вирусы животных, то они кажутся мизерными сферами, или шариками. Отсюда их название — сферические или шаровидные. Но при внимательном, детальном изучении выясняется, что эти шарики состоят из отдельных частиц. Расположены частицы не как попало. Они образуют икосаэдр — правильный многогранник, поверхность которого образована двадцатью треугольными гранями.
Почему эти вирусы имеют форму правильного многогранника, а именно икосаэдра? Оказывается, все дело в экономии. Допустим, вам дали треугольные кирпичики и сказали, чтобы вы из них самым экономным способом сложили замкнутую оболочку. Строгие законы точной науки — математики подскажут вам, что в данном случае следует сложить икосаэдр. Природа, как самый гениальный математик, придала телу вирусов форму икосаэдра. По видимому, дело здесь не только в экономии строительного материала. Вирус в клетке должен совершить настоящий переворот, поработить ее и заставить работать на себя. Для этого он должен быть «умным». Он в миллионы раз меньше клетки. Весь план переворота нормальной жизни клетки должен быть тщательно записан, зашифрован в «мозгу» вируса — нуклеиновой кислоте. Поэтому «мозг» вируса должен быть как можно более объемистым, чтобы туда все уместилось. Но масса его ограничена. Для зашифровки тайны своей жизни в «мозгу» вируса оставлено совсем немного места. Таким способом достигается не только экономия строительного материала, но и экономия генетической информации.
Вирусы устроены не только просто, но и чрезвычайно целесообразно. Когда природа их лепила, она отбрасывала все ненужное, нерациональное.
Вирусы, за исключением вируса оспы, настолько малы, что их не способны видеть не только наши глаза, но и линзы оптического микроскопа. Мы видим предметы, имеющие размеры, равные одной четырнадцатой части миллиметра и больше. Под самым сильным оптическим микроскопом, дающим увеличение в 2000 раз, можно разглядеть частицы, в 2500–5000 раз более мелкие, чем миллиметр. Но и такое увеличение еще недостаточно, чтобы рассмотреть вирусы.
И вот в 1932 году был изобретен особый микроскоп — электронный. В нем стеклянные линзы заменены электромагнитными. Вместо света здесь используют поток электронов. Изображение предметов электронный микроскоп отбрасывает на экран, похожий на экран телевизора. Современные электронные микроскопы дают возможность видеть объекты, равные одной десятимиллионной доле миллиметра, увеличивая их до миллиона раз. Только взяв на вооружение электронный микроскоп, биологам удалось сфотографировать вирусы и получить представление об их форме.
Есть меры длины, которыми в обыденной жизни не пользуются, но биология и другие науки без них не могут обойтись. Речь идет о микрометре, нанометре и ангстреме. Один микрометр равняется одной тысячной части миллиметра, в микрометре в свою очередь тысяча нанометров, а ангстрем — это одна десятимиллионная часть миллиметра.
Размеры вирусов чаще всего измеряются в нанометрах или реже в ангстремах. Величина вирусов колеблется в пределах 20-300 нанометров. Крошки — вирусы полиомиелита не превышают 40 нанометров, гиганты — вирусы оспы и трахомы достигают 200–300 нанометров, а вирусы гриппа, среднего роста, не выходят за пределы 80-120 нанометров.
Ощутить эти размеры более рельефно, наглядно помогут нам сравнения. Допустим, мы увеличили вирус гриппа до размеров футбольного мяча. Во сколько раз в данном случае увеличили вирус гриппа, во столько же раз увеличим человека. Тогда человек станет не сказочным, а космическим великаном. Он будет обладать такими средними данными: рост — 600 000 000 метров, т. е. выше Луны еще на 200 000 километров, масса — 20 000 000 тонн, а масса сердца примерно 100 000 тонн. Такой силач мог бы положить на ладонь шар земной, как мяч. Чтобы составить из шарообразных вирусов полиомиелита цепочку длиной один сантиметр, потребовалось бы уложить в ряд 2 500 000 вирусов. Если в одном кубическом сантиметре воды растворить 100 000 000 вирусных особей, то жидкость остается совершенно прозрачной. На остром конце обыкновенной швейной иглы могли бы разместиться 100 000 вирусных частиц.
