Связь вирусологии с другими биологическими науками

Связь вирусологии с бактериологией основывается как на общности методов (микроскопия, фильтрация, стерилизация), так и на общности объекта (и бактерии и вирусы принадлежат к группе патогенных мик­робов).

Изучение вирусов тесно связано с изучением обусловленных ими патологических изменений в организме хозяина, ибо выявление, иденти­фикация и титрование вирусов зависят почти исключительно от наблю­дений аномальных изменений, вызываемых шли в некоем организме. Сле­довательно, вирусология тесно связана с патологией человека, животных и растений. Однако в первую очередь эта наука должна изучать свойства и функции вирусов, чтобы в конечном счете оказалось возможным интер­претировать прямо или косвенно все обусловленные вирусами патологи­ческие изменения в организме хозяина в концепциях механизмов, посред­ством которых вирусы взаимодействуют с его клетками.

Вирусология тесно связана с химией белков и физической химией и заимствует применяемые в этих областях методы исследования, по­скольку небольшие размеры вирусных частиц в какой-то степени совпа­дают с размерами макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Методы очистки и определения размеров, однородности и плотности частиц сход­ны в отношении вирусов и белков. Однако эта связь между вирусологией и макромолекулярной химией благодаря сходству применяемых в этих областях методов исследования не должна затемнять то различие, кото­рое существует между вирусами и различными классами макромоле­кул— белками и нуклеиновыми кислотами, являющимися компонентами как всех клеток, так и вирусных частиц.

Природа вирусов

Вопрос о природе вирусов — один из наиболее неясных вопросов ви­русологии. Является ли вирус организмом? Можно ли считать его жи­вым? Когда было найдено, что вирионы некоторых вирусов после выде­ления их из экстрактов инфицированных клеток и соответствующей очистки имеют почти одинаковые размеры, форму, химический состав и даже могут кристаллизоваться, возникла необходимость прими­рения «молекулярной» природы этих частиц с их способностью репродуцироваться. Как обычно в таких случаях, трудности носили скорее семантический характер. Такие слова, как «организм» и «живой», одно­значны только в применении к тем объектам, в отношении которых они были первоначально введены. Так, лягушка — это организм; собака, ко­торая бегает и лает, несомненно живая. Но почему, собственно, лягуш­ка — это организм?

Согласно Львову, организм — это некая независимая единица интегрированных и взаимосвязанных структур и функций. Лягушка пред­ставляет собой такую единицу; отдельные же клетки ее тела (хотя каж­дую из них тоже можно рассматривать как некую единицу интегриро­ванных и взаимосвязанных структур и функций) не являются незави­симыми в обычном смысле слова. (Отметим, что и сама лягушка не во всех отношениях подходит под определение «независимой единицы», хотя бы, например, из-за существования двух разных полов.) У простейших, т. е. у одноклеточных форм, именно клетка является независимой едини­цей, иными словами, организмом. Клеточные органеллы — митохондрии, хромосомы, хлоропласта — это не организмы, ибо они не являются не­зависимыми.

Таким образом, если придерживаться определения Львова, то вирус нельзя назвать организмом, поскольку он не обладает независимостью. Инфекционная вирусная частица полностью зависит от живой клетки-хозяина; вне этой клетки невозможны ни размножение вируса, ни реали­зация его генетических потенций. В этом отношении вирусы в такой же степени зависят от клетки-хозяина, как и ее собственные гены, выраже­ние которых осуществимо также при условии целостности клетки. Ген и хромосома не являются организмами (это следует из наших рассужде­ний), следовательно, и вирус не организм.

Мы можем рассмотреть и другое определение организма, которое подчеркивает не столько функциональную независимость, сколько инди­видуальность, историческую непрерывность и эволюционную независи­мость. Клеточный ген или генный комплекс имеет индивидуальность и историческую непрерывность, но его эволюция ограничена пределами одной линии клеток; следовательно, он не организм. У многоклеточных видов независимо от того, представляют ли они собой виды животных или растений, отдельные линии клеток не могут эволюционировать неза­висимо друг от друга; следовательно, их клетки не являются организ­мами.

Для того чтобы изменение было эволюционно значимым, оно дол­жно быть передано новому поколению особей, В соответствии с этим рассуждением организм представляет собой элементарную единицу не­которого непрерывного ряда со своей индивидуальной эволюционной историей.

Вирус обретает относительно независимую эволюционную историю благодаря свойственной ему способности передаваться от хозяина к хо­зяину. Он может пережить клетку и организм, в которых паразитирует. Круг хозяев вируса в ряде случаев не ограничивается лишь каким-либо одним видом организмов. Один и тот же вирус может встречаться и у представителей разных видов, родов и даже типов. Он может переда­ваться от растения насекомым и размножаться в клетках тех и других. Вирус может, обладая соответствующей приспособляемостью, испробо­вать предоставляемые ему очень далекие друг от друга ниши. Таким об­разом, вирус обладает, конечно, большей независимостью, чем любая клеточная органелла; он в большей степени организм с эволюционной точки зрения, чем хромосома или даже клетка многоклеточного живот­ного, хотя функционально значительно менее независим, чем любая та­кая клетка.

Подобный же ход рассуждений может помочь нам выйти из того затруднительного положения, в котором мы находимся, обсуждая вопрос о том, куда относить вирусы: к царству живого или к царству неживого, Львов определяет жизнь как «свойство, проявление или состояние клеток и организмов, охарактеризованных как независимые структурные и функциональные единицы. Поэтому он рассматривает вирусы как не­живые, ибо не считает их организмами. В первом издании этой книги отправной точкой дискуссии о природе вирусов было подобного же типа утверждение, а именно: «жизнь представляет собой свойство некоей ор­ганизованной части материи, т. е. свойство организмов», однако и в этой, дискуссии подчеркивалась репродуктивная и эволюционная непрерыв­ность и независимость вирусов. Было выдвинуто следующее операцио­нальное определение: «Живым мы называем то, что, будучи изолиро­вано, сохраняет свою специфическую конфигурацию, так что эта конфи­гурация может быть реинтегрирована, т. е. вновь включена в цикл, в котором участвует генетическое вещество».

Это отождествляет жизнь с наличием независимого, специфического, самореплицирующегося способа организации. Белок с этой точки зрения «неживой, ибо аминокислотная последовательность, как таковая, никог­да не копируется в клетке. Специфическая же последовательность осно­ваний нуклеиновой кислоты того или иного гена может копироваться: ген —это некая часть запаса информации, которым располагает живой организм.

Следует ли в таком случае считать нуклеиновую кислоту живой? Упомянутое выше определение предлагает в качестве теста на живое экстракцию и воспроизведение в различных клеточных линиях и'в ряде поколений организмов. Вирус, согласно этому тесту, живой, точно так же как и любой другой фрагмент генетического материала, о котором мы знаем, что его можно извлечь из клетки, вновь ввести в живую клетку и что при этом он будет копироваться в ней и станет хотя бы на неко­торое время частью ее наследственного аппарата.

Фрагменты ДНК различных видов бактерий (принадлежащих к ро­дам Pneumococciis, Streptococcus, Hemophilus, Bacillus и некоторым дру­гим) способны к такой реинтеграции при введении в живые клетки соот­ветствующего вида. Это так называемый феномен «трансформации». Следовательно, мы должны сказать, что любой фрагмент ДНК этих бак­терий обладает признаками живого.

Существует, однако, важное различие в способности к передаче бак­териальной ДНК и ДНК вирусного генома. Передача фрагментов ДНК бактерий, хотя она и имеет место в природе, является, по-видимому, слу­чайным событием, не имеющим важного эволюционного значения, тогда как передача генома вируса составляет основной смысл существования этих форм — результат их селективной специализации.

Как мы увидим далее, нуклеиновая кислота некоторых вирусов, вы­деленная из вирусных частиц или из инфицированных клеток, может проникать в другие клетки и реплицироваться в них. Однако в большин­стве случаев эффективность инфекции при этом заметно снижается по сравнению с инфекцией, вызванной целыми вирусными частицами. Иными словами, перенос генетического материала в форме целых вирус­ных частиц осуществляется более эффективно, чем в форме одной только-нуклеиновой кислоты вируса. Это дает возможность считать вирусы «более живыми», чем какие-либо другие фрагменты генетического мате­риала, и «более организмами», чем любые клеточные органеллы, вклю­чая хромосомы и гены.

Основные группы вирусов

Стало уже обычным подразделять вирусы в соответствии с природой их хозяев на вирусы растений, вирусы животных и вирусы бактерий, или бактериофаги. Но даже такое общее подразделение не свободно от противоречий. Вирусы растений, например, могут размножаться в насе­комых-переносчиках. Поскольку вирусы были открыты как патогенные агенты, т. е. агенты, вызывающие появление каких-то аномальных при­знаков у некоторых хозяев, логично подразделять их по принципу «основного хозяина», т. е. хозяина, у которого такие аномалии впервые были обнаружены человеком. Каждый вирус имеет какой-то «набор» хо­зяев— более или менее родственных организмов, в которых он может репродуцироваться. Для сохранения вирусов в природе часто более важ­ны те хозяева, в которых вирусы вызывают наименьшие изменения, а не основные хозяева, представляющие интерес для человека.