Чтобы определить предмет, который изучает вирусология, т. е. вирусы, нельзя пользоваться теми обычными критериями, которые мы применяем для определения животных или растений. Само по себе определение вируса несколько произвольно, и было предложено много вариантов, что доказывает сложность задачи.
Понятие вируса — определение
Львов предложил определять вирусы как «строго внутриклеточные, потенциально патогенные агенты, обладающие инфекционной фазой, содержащие лишь один тип нуклеиновой кислоты, репродуцирующиеся в форме генетического материала, неспособные к росту и делению и лишенные системы Липмана» (т. е. одной из ферментных систем, участвующих в производстве энергии). Это определение, справедливость которого будет подтверждена в последующих главах, подчеркивает неклеточную природу вирусов, их зависимость от метаболизма клетки-хозяина и тот факт, что на определенной стадии цикла репродукции специфический материал вируса представлен одной только нуклеиновой кислотой. Согласно другому определению, вирусы рассматриваются как «элементы генетического материала, которые могут детерминировать в клетках, где они репродуцируются, биосинтез специфического аппарата, обеспечивающего их проникновение в другие клетки».
Это определение подчеркивает в большей степени способность вирусов распространяться из клетки в клетку, нежели отсутствие у них собственной метаболической активности. В первом издании этой книги (а это было время, когда природа генетического материала еще окончательно не была установлена и когда данные о его функции и репликации отсутствовали) нам казалось целесообразным использовать чисто операциональное определение, т. е. такое, которое ограничивалось бы перечислением критериев, дающих основание включать или не включать объекты в категорию вирусов. Принятое тогда определение было таким: «Вирусы есть субмикроскопические объекты, способные проникать в определенные живые клетки и репродуцироваться только внутри этих клеток».
В настоящее время наиболее приемлемым является следующее определение: «Вирусы — это объекты, геном которых представлен нуклеиновой кислотой —ДНК или РНК; эта нуклеиновая кислота репродуцируется в живых клетках и, используя их синтетический аппарат, заставляет клетки синтезировать специализированные частицы, или вирионы, содержащие геном вируса и способные передавать его в другие клетки».
Все эти определения отражают два качества вирусов: во-первых, наличие у вируса собственного генетического материала, который внутри клетки-хозяина ведет себя как часть данной клетки, и, во-вторых, существование внеклеточной инфекционной фазы, представленной специализированными частицами, или вирионами, которые репродуцируются в клетке под генетическим контролем данного вируса и служат для введения генома вируса в другие клетки. Предложенные определения отличаются друг от друга тем, какое место в них отводится другим свойствам вирусов, таким, например, как субмикроскопические размеры вирусных частиц (подразумевая под субмикроскопическими размерами размеры менее 2000 А, что находится на пределе разрешения обычного светового микроскопа) или патогенность — свойство вируса, без которого невозможно установить его присутствие в клетке-хозяина.
Патогенность вирусов может быть либо явной, когда инфицированные клетки и организмы изменяются или разрушаются, либо скрытой, когда клетки сосуществуют с геномом вируса на протяжении многих поколений без заметного фенотипического проявления. Все же вирус должен в конце кондов вызвать изменение в синтетических процессах клетки, результатом которого будет образование инфекционных вирусных частиц, или вирионов. Внутриклеточный паразитизм свойствен не только вирусам, но и другим классам паразитов, в том числе некоторым бактериям, грибам и простейшим.
Однако в определениях вирусов подчеркивается особая природа их паразитизма, который можно назвать паразитизмом на генетическом уровне. Такие паразиты, как малярийный плазмодий, бациллы проказы, риккетсии, имеют клеточную организацию — хромосомные гены, рибосомный аппарат и митохондриальный аппарат или эквивалент последнего с более или менее сложными системами для освобождения и утилизации энергии. Очевидно, что эти паразиты являются клеточными организмами независимо от того, устроены ли они по принципу эукариотических клеток, т. е. клеток животных и растений, для которых характерно наличие набора хромосом и полностью развитой системы внутриклеточных мембран, либо по принципу прокариотических клеток, подобных бактериальным, с менее выраженной компартментализацией. Тот факт, что эти организмы способны выживать и размножаться только внутри других клеток, объясняется не отсутствием собственной клеточной организации, а их потребностью в поступлении «готовых» (экзогенных) источников питания.
Долгое время к вирусам относили группу внутриклеточных патогенных агентов, таких, например, как возбудители пситтакоза, венерической лимфогранулемы и других сходных болезней животных. В настоящее время эти возбудители классифицируются как Chlamydozoaceae, а по самой последней классификации как род Miyagawanella (в составе класса риккетсий). К вирусам их нельзя относить по двум причинам: они содержат два типа нуклеиновой кислоты, что предполагает наличие у них клеточной организации, и они сохраняют эту организацию внутри клетки, где они растут, т. е. увеличиваются в размерах и размножаются делением надвое. Репликация вирусов находится в строгой зависимости от клетки-хозяина. Этим они отличаются от субмикроскопических, но свободно живущих организмов, таких, как PPLO, или Mycoplasma, которые обладают клеточной организацией и, по-видимому, являются бактериями, лишенными жесткой клеточной стенки. Зависимость PPLO практически от всех метаболитов, которые могут проникать через полупроницаемую мембрану, привела к крайнему сокращению их генома, ферментного аппарата, клеточных структур и соответствующему уменьшению их размеров. Образование так называемых L-форм, которые представляют собой обычные бактерии, утратившие в результате мутаций способность образовывать клеточную стенку, возможно, следует рассматривать как модель того процесса, который привел к появлению Mycoplasma.
Специфичности круга хозяев у вирусов является дополнительным доказательством того, что отношение вирус — хозяин не ограничивается лишь питанием, а носит более сложный характер. Если бы нашелся такой внутриклеточный паразит, который, будучи неспособен размножаться в свободном состоянии, тем не менее мог бы размножаться в живых клетках любого типа, то мы вправе были бы допустить, что этот паразит будет размножаться и в свободном состоянии, если только он получит какие-то пока еще не известные нам (возможно, нестойкие) вещества, которые обычно ему поставляет клетка. Позднее мы увидим, однако, что взаимоотношения вирусов с клеткой-хозяином очень сложны; ожидать, что вирус будет размножаться в свободном состоянии, можно только в том случае, если нам удастся выделить из клетки и реконструировать in vitro клеточный аппарат, необходимый для того, чтобы макромолеку- лярные синтезы протекали упорядоченным образом.
Размеры частиц — вопрос, который мы будем детально обсуждать ниже,— являются недостаточным критерием для отнесения исследуемых частиц к категории вирусов. Это становится очевидным, если мы сопоставим эти размеры, с одной стороны, с мельчайшими клетками Mycoplasma (диаметр ~ 100 ммк, т. е. меньше, чем у самых больших вирусов) и, с другой, например, с молекулами гемоцианина (молекулярный вес 3- 106 дальтон — величина, сравнимая с массой достаточно мелкого бактериофага). Возможно, в растительных и животных клетках могли бы образовываться вирусные частицы диаметром в несколько микронов. Но именно малые размеры вирусов сыграли в свое время важную роль в создании соответствующих вирусологических методов. С самого зарождения вирусологии для отделения инфекционных вирусных частиц от бактерий (загрязняющих препарат вируса) и для доказательства небактериальной природы изучаемых заболеваний использовались бактериальные фильтры. Отсюда и традиционное название фильтрующийся вирус, заменившее прежнее ультравирус, а затем в свою очередь замененное общепринятым в настоящее время словом вирус.
