Содержание
Ученые выяснили, как вирусы нейтрализуют защитную систему бактерий — Наука
© Евгений Курсков/ТАСС
ТАСС, 28 апреля. Биологи выяснили, с чьей помощью некоторые вирусы-бактериофаги блокируют систему BREX, которая защищает микробов от их атак. Об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий со ссылкой на статью в научном журнале Nucleic Acid Research.
На эту тему
«Пять лет назад мы знали, что бактерии могут защищаться от вирусов с помощью RM-систем, CRISPR-системы и токсин-антитоксиновых систем. В последние годы с помощью методов биоинформатики было предсказано, что они – лишь малая часть огромного многообразия защитных механизмов. BREX стала первой среди новых предсказанных систем, защитное действие которой было показано в экспериментах», – прокомментировал один из авторов работы, аспирант Сколковского института науки и технологий Артем Исаев.
От болезней и инфекций страдают не только люди и другие многоклеточные, но и одноклеточные микробы.
Вирусы, как предполагают ученые, появились почти одновременно с бактериями, и между ними уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание.
Ее последствия можно увидеть фактически везде. К примеру, в каждом миллилитре речной или морской воды живут несколько сот миллионов бактериофагов – вирусов, которые специализируются на заражении микробов. Их носителями могут быть до 70% ныне живущих бактерий.
За миллионы лет эволюции вирусы постепенно научились обходить защитные системы микробов. К примеру, бактерии разработали своеобразный генетический «антивирус», систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба, вырезает ее или заставляет бактерию самоуничтожиться для того, чтобы защитить своих соседей от инфекции. Бактериофаги, в свою очередь, научились подавлять работу CRISPR-Cas9, что открыло новый виток этой биологической «гонки вооружений».
Исаев и его коллеги изучали работу еще одной системы подобного рода – BREX, которая, по текущим оценкам ученых, есть в геноме примерно каждого десятого микроба на Земле.
Ученые пока не знают, как именно она работает, однако они предполагают, что та похожа на другой «антивирус» – систему RM, которая распознает чужеродную ДНК по отсутствию определенных меток на одной или двух ее спиралях.
На эту тему
Руководствуясь этой идеей, Исаев и его коллеги предположили, что некоторые вирусные белки, которые задействованы в нейтрализации RM-системы, могут играть важную роль в подавлении BREX внутри вирусов, на которые этот бактериальный «антивирус» не действует. Ученые проверили, так ли это на самом деле, удалив из генома хорошо изученного бактериофага T7 один из генов, которые отвечает за синтез белка Ocr. Этот белок – один из главных компонентов системы защиты вируса от бактериального «антивируса».
Эти опыты подтвердили, что подобное изменение «обезоружило» вирус, не дав ему подавлять работу как RM-системы, так и BREX. Как предполагают ученые, это связано с тем, что обе эти формы бактериального «антивируса» для того, чтобы наносить специальные метки на ДНК самого микроба, которые позволяют отличить ее от чужеродных фрагментов генетического кода, используют фермент BrxX.
Работу этого фермента блокирует Ocr.
Почему нейтрализация BrxX не приводит к самоуничтожению бактерий, ученым еще предстоит выяснить.
«История борьбы бактерий с фагами насчитывает миллиарды лет. Эта непрекращающаяся «гонка вооружений» является одной из основных движущих сил эволюции в мире микроорганизмов. Обе стороны накопили богатый арсенал стратегий борьбы друг с другом. Лично мне интересно узнать, какие еще тайны хранит в себе геном и какие новые механизмы мы сможем открыть, изучить и применить в будущем», – подытожил Исаев.
В мире вирусов | Наука и жизнь
В наши дни интерес к вирусам неизмеримо возрос. Это естественно. Ведь лоток информации о вирусах, их свойствах и изменчивости сопровождает, например, каждую эпидемию гриппа.
Вирус герпеса под электронным микроскопом. На снимках довольно отчетливо просматривается строение оболочки, состоящей из пятигранных (слева) и шестигранных (справа) призм.
Схематическое изображение частицы вируса герпесе, оболочка которой построена из 150 шестигранных и 12 пятигранных призм.
Вирионы гриппа. Сквозь частично разрушенную внешнюю оболочку видна плотная упаковка трубчатого внутреннего содержимого — рибонуклепротеина.
Схематическое строение различных фагов. Вверху — фагочастица в активном состоянии, в центре и внизу — в неактивном (колющий аппарат вышел наружу).
‹
›
Открыть в полном размере
Увеличивается во всем мире и число сторонников вирусной теории рака. Исследования сотен лабораторий свидетельствуют, что именно вирусы — наиболее вероятная причина рака, саркомы, лейкемии.
И. Губарев, наш специальный корреспондент, обратился к директору Института вирусологии имени И. Д. Ивановского АМН СССР, академику АМН СССР, профессору Виктору Михайловичу Жданову с просьбой рассказать об истории и сегодняшнем дне Вирусологии, о стратегии борьбы С вирусными болезнями.
Вирусология — наука молодая. 80 лет прошло со времени открытия И. Д. Ивановским первого вируса — возбудителя мозаичной болезни табака.
Много позже — в 50-х годах — было получено первое несовершенное изображение этого инфекционного агента. Самые значительные исследования в области вирусологии были выполнены лишь за последние 15—20 лет.
С исследованиями вирусологов сегодня связано уничтожение инфекционных заболеваний на планете, борьба против рака. Вирусологии же, изучающей наиболее простые формы существования, предстоит дать ответ на многие вопросы, связанные с происхождением жизни на Земле.
Итак, что же мы знаем и «его еще не знаем о вирусах?
Сколько их!
Исследовательская практика показывает, что «вирусоносители» — практически все живые существа, населяющие нашу планету.
Пример: до недавнего времени мы почти ничего не знали о специфических обезьяньих вирусах. В 1960-х годах было начато массовое производство вакцины против полиомиелита, изготавливаемой на обезьяньих почках. Необходимо было обеспечить стерильность этой вакцины, то есть полностью исключить проникновение в нее каких-либо микроорганизмов.
И вот в ходе исследований, направленных на обеспечение такого рода стерильности, был открыт целый ряд до тех пор неизвестных вирусов, специфичных для обезьян.
К настоящему времени мы располагаем сведениями примерно о тысяче видах вирусов. Безусловно, лучше других нам известны вирусы, поражающие человека. Их выявлено около 500 видов. Весьма обширна группа вирусов, найденных у лабораторных животных — мышей, кроликов, морских свинок.
Сравнительно много мы знаем о вирусах сельскохозяйственных животных и растений, меньше — о вирусах, опасных для птиц и других животных, древесных и кустарниковых пород лесе. И уж вовсе малоизвестны и числом и повадками вирусы папоротников, мхов, лишайников.
Вирусы проявляют себя не всегда одинаково. В одних случаях они нападают лишь на определенные виды живых существ. Скажем, уже выявлены специфические вирусы гриппа свиней, кошек, чаек, поражающие только этих животных и безопасные для других. Подчас специализация становится своеобразно утонченной: мельчайшие вирусы бактерий — фаги Р-17 выбирают в качестве объекта лишь мужские особи только одной разновидности кишечной палочки.
А вот в числе объектов онкогенных вирусов — пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. Рекорд побивают, пожалуй, так называемые пулевидные вирусы, названные так благодаря их характерному очертанию на микрофотографии. Внешне вирусы этой разновидности очень схожи. А болезни они вызывают самые разнообразные, поражая при этом весьма далекие друг от друга виды живых существ. Они могут стать причиной бешенства — тяжелейшего поражения нервной системы млекопитающих (в том числе, разумеется, и человека) и таких болезней, как везикулярный стоматит крупного рогатого скота (передаваемый, кстати, через насекомых), желтой карликовости картофеля и полосатой штриховатости пшеницы. Эти же вирусы провоцируют тяжелое заболевание у мухи дрозофилы, приводящее насекомое к гибели в результате повышения чувствительности к углекислому газу.
Человек, животные, насекомые, растения. Болезни общие для многих видов и узко-специфичные… Откуда такой широкий спектр агрессивных возможностей? Под влиянием каких условий сложились эти свойства? Сколько еще существует в природе вирусов специализированных и универсальных?
На все эти вопросы лишь предстоит ответить.
Гипотезы, гипотезы…
С вирусами связано немало загадочного, неясного, а если быть точным до конца — еще не выясненного.
Признавая существование возбудителей инфекционных болезней, по размерам намного меньших, чем бактерии, ученые долго не могли прийти к единому мнению: какие они? Так, известный голландский микробиолог М. Бейеринк, к примеру, предполагал, что вирусы — необъяснимая загадка. Он дал им название Cоntagium vivum fluidum — живое жидкое заразное начало.
Другие исследователи пытались связать данные о вирусах с привычными для них представлениями о живом организме (клеточное строение, размножение путем деления с последующим ростом до размеров взрослой особи и т. д.). Не будем перечислять здесь другие предположения, высказанные на заре развития вирусологии. Все они — как наивные, так и наделенные долей предвидения — строились на одних лишь догадках, вслепую.
Правильная оценка этих представлений была дана лишь с получением сделанного в 1956 году при помощи электронного микроскопа фотоснимка, портрета вируса.
Появилась возможность отмести неверные и попросту нелепые предположения, но загадок стало не меньше, а больше. Например, у вирусов было открыто удивительное разнообразие носителей наследственной информации. Все живое на Земле имеет один-единственный такой носитель — дезоксирибонуклеиновую кислоту — ДНК (двухспиральную ДНК). Причем ДНК встречается в организме любого живого существа всегда «в паре», вместе с другим веществом — рибонуклеиновой кислотой — РНК. А у вирусов — носителей генетической информации оказалось целых шесть: четыре формы ДНК и две — РНК. При этом вирусы довольствуются (всегда!) только одной нуклеиновой кислотой — ДНК или РНК. Почему?
Много неясного и в современных гипотезах о происхождении вирусов. Так, одни исследователи считают, что вирусы — это потомки древних доклеточных форм жизни, застывшие, остановившиеся в своем развитии на определенном этапе. Разнообразие генетического вещества, говорят сторонники гипотезы, отражает ход эволюции этих существ. Природа как бы опробовала на вирусах все возможные варианты наследственного вещества, прежде чем остановиться окончательно на двухспиральной ДНК.
Вирусы — потомки бактерий или других одноклеточных организмов, по неизвестным причинам двинувшиеся в своем развитии вспять, деградировавшие, говорят другие ученые. Возможно, некогда их устройство было сложней, но со временем они многое утратили, и их нынешнее состояние, в том числе и разнообразие носителей генетической информации, лишь отражает разные уровни деградации, которых достигли различные их виды.
Наконец, существует гипотеза, согласно которой вирусы представляют собой составные части клеток живых существ, по неизвестной причине ставшие автономными системами. Процесс возникновения вирусов, согласно этой гипотезе, относится не только к глубокой древности, когда они уже, безусловно, существовали, но и к нашему времени. Иными словами, эта гипотеза признает возможность повсеместного, происходящего непрерывно образования вирусов клеточными элементами. Возможно ли такое, способны ли составные части клеток стать автономными, да еще и саморепродуцирующимися (способными к воспроизведению) системами?
— Да,— отвечают сторонники этой гипотезы.
— Многие клеточные структуры обладают относительной автономией. К примеру, митохондрия — органелла, ведающая энергетическим балансом клетки, — имеет собственный генетический аппарат, а цикл ее деления независим от цикла деления клеток. Значительной степенью автономии располагают и гены. Среди составных частей клетки можно найти структуры, сходные с основными типами генетического аппарата вирусов… Все новые и новые доводы находят исследователи, подтверждающие гипотезу «взбесившихся генов», как ее подчас именуют не без иронии. И выглядит она, эта гипотеза, сегодня гораздо убедительней, чем два десятилетия назад, в момент появления.
Логика и парадоксы микромира
Очень часто, говоря о вирусах, мы произносим привычно: «ничтожно малые», «крохотные», «мельчайшие». Это так, бесспорно. Вес вирусов измеряется дальтонами (1 дальтон = 1/16 веса атома кислорода, то есть 1,65 · 10-24 грамма), а размеры — ангстремами, стомиллионными долями сантиметра. Однако, добавим здесь же, крохотные — не значит одинаковые: в область микровеличин как бы сдвинуто целое царство вирусов во всем его многообразии.
И вирус ящура — один из мельчайших (он по размерам чуть больше молекулы) так же отличается от вируса оспы (который настолько велик, что виден даже в оптический микроскоп), как, скажем, колибри от страуса или мышь от бегемота.
Надо ли говорить, что эти «крайности» объединяет множество промежуточных видов, также чрезвычайно разнообразных и по размерам и по строению.
Устройство вирусов поражает своей чисто математической завершенностью, логикой симметрии. Возьмем, к примеру, наиболее просто организованный вирион (зрелый вирус) табачной мозаики.
Сотни белковых кристаллообразных структур уложены в виде тугой спирали. Сердцевина нити, образующей спираль, представляет собой своеобразную капсулу, где находится молекула нуклеиновой кислоты. В результате общий вид вириона — предельно лаконичный цилиндр, полая трубка.
А вот другая форма: двадцатигранник, икосаэдр, грани которого образованы треугольниками. Основной материал, из которого сложен икосаэдр, — те же белковые структуры.
Внутри — полость, где покоится молекула нуклеиновой кислоты. Это вирион полиомиелита.
Описанные вирусы относятся к числу наиболее просто устроенных, «минимальных», как их называют. Впрочем, и «минимальные» и другие гораздо более сложно устроенные вирусы всегда сходны в одном: их «нуклеиновый центр» — нуклеоид построен по одному из описанных двух типов — винтовому или кубическому.
Кстати, изучая «минимальные» вирусы, исследователи столкнулись с любопытнейшим явлением, не имеющим аналогий в мире живых существ.
…Можно ли механически разделить живую клетку на части, затем вновь собрать ее и заставить не только ожить, но и исправно функционировать? «Минимальные» вирусы на такое способны. Если отделить их белковые оболочки от нуклеиновой кислоты, иными словами, если превратить их в белковые «осколки» и нуклеиновую массу, а затем эти две субстанции смешать, то вновь возникнут исходные зрелые вирусы — вирионы с их геометрически правильной структурой и прежними инфекционными свойствами.
— Позвольте, — возражали многие ученые еще в недавнем прошлом, — да можно ли вообще после этого называть вирусы живыми существами? Может быть, это кристаллообразные вещества, наделенные болезнетворными свойствами?
— Либо, — говорили другие, — это пограничные формы между живым и неживым мирами.
Кто же прав? Скорей всего наиболее многочисленная группа исследователей, которая считает, что вирусы — представители живой природы, го есть не вещества, а существа. Правда, существа крайне своеобразные, ведущие сугубо паразитический образ жизни.
Вирус проникает в клетку
Паразитизм, то есть существование одного организма за счет другого, — явление, весьма распространенное в природе. Кровососущие насекомые — клещи, вши, тли, обитающие на листьях растений, ленточные черви-глисты, бактерии — все они используют питательные вещества, содержащиеся в организме своего «хозяина», так сказать, живут за его счет.
Вирусы в этом не нуждаются. Питаться им нечем и незачем: органы, осуществляющие обмен веществ, у них отсутствуют. Однако своему «хозяину» они доверяют нечто гораздо большее — заботы о продолжении их рода.
Интимнейший процесс размножения вирусов происходит в недрах клетки. И способы проникновения в клетку, эту «святая святых» организма, и образ действий вирусных частиц на всех следующих за этим стадиях чрезвычайно показательны. Впрочем, понаблюдаем за этими действиями от начала до конца на примере вируса бактерии — бактериофага T2, «хозяином» которого является кишечная палочка.
Своеобразно строение этого вируса. Т2 состоит из двух частей — головки и отростка. Головка — икосаэдр, сложенный из белковых структур. Внутри — в капсуле — носительница наследственной информации фага — ДНК. Полый отросток с шестью шипами и столькими же нитями-фибриллами на конце прикреплен к одной из граней икосаэдра и снабжен наружным «чехлом» из особого белка, способного сокращаться, подобно мышце.
Здесь же, в кончике отростка,— небольшое количество фермента лизоцима.
Начало сближения вируса T2 с бактерией-клеткой происходит как бы само собой, под действием сил внешних: фаг притягивается к поверхности клетки, подобно магнитной мине, «прилипающей» к днищу корабля.
Дальнейшие действия вируса, однако, далеко не столь пассивны. Ворсинки-фибриллы и шипы позволяют ему укрепиться в наиболее выгодном положении, прижаться к оболочке клетки. При этом фермент лизоцим, способный разрыхлять клеточные структуры, начинает разрушать находящийся перед ним участок оболочки. Затем следует резкое сокращение «чехла» и отросток, прокалывая истонченную стенку, вталкивается в клетку. Нить ДНК в этот момент как бы впрыскивается внутрь клетки, а ненужная больше белковая оболочка остается снаружи.
Экспериментально удалось установить длину нити ДНК фага Т2: она равна примерно 50 микронам, что в 500 раз превышает диаметр головки самого фага. Таким образом, можно себе представить, какой сложности задача решается вирусом во время этой своеобразной «инъекции».
Используя привычные для нас категории измерений, этот процесс можно сравнить с мгновенным проталкиванием капроновой нити десятиметровой длины через небольшую соломинку.
Вирусы, имеющие иное строение, проникают в клетку не столь затейливым путем. Притянутые к оболочке клетки и воздействующие на нее ферментами, они провоцируют втягивание внутрь того участка мембраны, на котором осели. Образуется своего рода капсула-вакуоль с вирусной частицей внутри. Вакуоль эта затем отрывается, и в ней, путешествующей внутри клетки, продолжают идти одновременно два процесса — вирусная частица с помощью своих ферментов разрушает окутывающие ее стенки капсулы, а ферменты клетки разрушают внешние оболочки вируса, освобождая, как это было и в случае с фагом Т2, нуклеиновую кислоту.
Фабрика вирусов
Итак, нуклеиновая кислота покинула белковую оболочку и исчезла, бесследно растворилась в клеточной среде. Что же дальше?
Внешне на первый взгляд — полное благополучие, своеобразная «немая фаза», когда ничто не напоминает о недавних событиях.
И лишь через некоторое время, строго определенное для каждого вида вирусов, когда клетка гибнет, а ее оболочку покидают зрелые вирионы, можно сделать вывод: да, борьба продолжается. Где и как?
Мы еще не имеем возможности получить полный ответ на этот вопрос. До сих пор удалось установить характер лишь некоторых изменений, происходящих на этом этапе в различных частях клетки. И по этим отдельным штрихам мы воссоздаем, пытаемся представить себе полностью происходящее.
Формирование вирусов начинается, по-видимому, с подавления нормальных процессов обмена веществ в клетке. Установлено, в частности, что рибонуклеиновая кислота (РНК) вируса гриппа способна синтезировать на клеточных элементах — рибосомах, ведающих выработкой белка,— особое вещество, также белковой природы,— гистон, который, в свою очередь, связывается с ДНК клетки и прекращает синтез клеточной РНК. Некоторые другие вирусы, например, вирусы полиомиелита, не нуждаются в окольном пути, так как сами способны вмешаться в деятельность рибосом и прекратить синтез клеточных белков.
Выявлены и другие механизмы подавления вирусами клеточного обмена, их вмешательства в жизнедеятельность клетки, но в конечном счете все сводится к одному: клеточные ресурсы перестают расходоваться на нужды самих клеток и поступают в распоряжение вирусной нуклеиновой кислоты.
Иными словами, клеточные структуры, ведающие воспроизведением «запасных частей» для вечно обновляющейся, омолаживающейся клетки, получают приказ об изготовлении частей вирусов. И клетка, образно говоря, превращается в фабрику, где одновременно, в напряженнейшем темпе, намного превосходящем ее возможности, начинают производиться сотни конечностей, сотни туловищ, сотни наборов «внутренних органов» (нуклеиновые кислоты, ферменты и другие сложные соединения вирусов). Эти «полуфабрикаты» скапливаются в разных частях клетки, а затем в столь же интенсивном темпе идут на сборку новых вирусов.
Здесь-то и кончается «немая фаза»: оболочка истощенной клетки лопается, на свет появляются новорожденные, окончательно сформировавшиеся вирусы.
Беззащитна ли клетка!
Цикл превращений, связанных с размножением вирусов, как правило, краток. В одних случаях проникновение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку отделяет от появления вирионов 13—15 минут, в других — 40 минут. Вирусы одной из наиболее распространенных инфекций, гриппа, проходят этот путь примерно за 6—8 часов. И каждый раз около погибшей клетки оказываются десятки, а порой и сотни вирионов. Причем каждый из них, в свою очередь, готов к продолжению процесса размножения. Количество вирусной инфекции нарастает буквально лавинообразно.
Так обстоит дело в условиях, идеальных для вирусной инфекции, когда ничто не препятствует ее распространению. Эти условия искусственно воссоздаются учеными в лаборатории при помощи метода культуры тканей. Заключается этот метод в следующем. В стеклянных сосудах выращиваются колонии клеток различных животных организмов. Клетки с их способностью к постоянному обновлению своих структур практически бессмертны.
Взятые однажды, а затем многократно «перепрививаемые», пересаживаемые из сосуда в сосуд, они способны надолго пережить своих «хозяев».
Условия, сходные с природными, естественными, имитируют здесь специальные питательные среды и тщательно выверенные температуры. Стеклянный сосуд с тонким, прозрачным слоем культуры тканей и становится ареной, где беспрепятственно хозяйничают вирусы. За их действиями удобней всего проследить при помощи кинокамеры, установленной у объектива оптического микроскопа. На кадрах фиксируются все наиболее важные моменты единоборства клеток с вирусами. Демонстрировать фильмы можно с любой нужной нам скоростью. Таким образом, время процесса, измеряемого в ходе опыта сутками и часами, «сжимается» до нескольких минут.
Но так как главное действующее лицо — вирус остается за кадром (в обычный микроскоп он не виден), на экране только последствия его агрессии. Картина перед наблюдателем разворачивается впечатляющая. Вначале крайние клетки, первыми подвергшиеся нападению, начинают терять свойственные им округлые очертания.
Постепенно истончаются их мембраны, клеточные элементы, клетка как бы взрывается. В этот момент, как мы знаем (но не видим этого), опустошенную оболочку покидают полчища вирионов, направляющихся к очередным своим жертвам. И через самое непродолжительное время точно так же изменяются, а затем лопаются соседние клетки, за ними другие, еще и еще.
…Колония клеточной культуры как бы охвачена пламенем. Вот она рассечена обезжизненными структурами на островки. Вот сжимаются и эти островки, уменьшаются в размерах, и… все кончено. Колония разрушена дотла.
Обладай вирусы такими же возможностями в естественных условиях, и человеку и любому другому живому существу пришлось бы плохо. Однако этого не происходит, ибо на страже — отработанные за миллионы лет защитные приспособления организма, ограничивающие могущество вирусов.
Безграничному расширению вирусной агрессии препятствуют прежде всего сами вирусы. Еще в 30-х годах ученые заметили, что размножение в клетке одного вируса нередко препятствует размножению в этой же клетке другого вируса.
Чем это объяснить? Не сообщает же удачливый вирион своим собратьям: «Стоп! Клетка занята!» А если и сообщает, то как?
Кстати, если говорить серьезно, одна из многочисленных гипотез, пытавшихся объяснить это явление, так и гласила: всему причиной конкуренция вирусов, борющихся за клеточные компоненты. Без малого три десятилетия понадобилось, чтобы раскрыть существо этого явления, получившего название интерференции. И, как оказалось, в данном случае инициатива принадлежала не вирусам, а самой клетке. На проникновение вируса (чему воспрепятствовать клетка, увы, не может) она отвечает немедленной выработкой особого белкового вещества — интерферона. Правда, интерферон не спасает уже пораженную клетку, но препятствует продвижению вирусной инфекции к другим клеткам организма. Иными словами, за первыми же вирионами, прорвавшимися в организм, возникает барьер интерфероновой защиты.
Позже, обычно через несколько дней, возникает «второй эшелон» противовирусной обороны — антитела.
Эти вещества, также белковой природы, нейтрализуют действие вирусов, препятствуют их размножению.
Какое же из этих естественных средств защиты лучше. Хороши и нужны оба. Интерферон, помогающий отразить первый натиск вирусной инфекции, исчезает гораздо быстрей, но если возникает необходимость, столь же быстро появляется вновь. Именно его способностью действовать в нужный момент и объясняют в наши дни латентный (скрытый) характер целого ряда вирусов, «сосуществующих» с нашим организмом. Пример — вирус герпеса, который наверняка есть в организме у каждого из нас, но может проявиться только в момент простуды, когда организм ослаблен и выработке интерферона понижена.
Антитела, появляющиеся позже, существуют несравненно дольше. Именно они и становятся основой стойкого иммунитета, благодаря которому многие инфекционные болезни не повторяются дважды в жизни одного индивидуума.
Медицина — в наступлении
Среди инфекционных заболеваний 80 процентов вирусных.
Эта цифра — свидетельство победы человека над бактериальными инфекциями. Чума, холера, тиф, некогда безоговорочно первенствовавшие в медицинских статистических сводках, с приходом антибиотиков и сульфопрепаратов навсегда сдали свои позиции. Их место заняли болезни, вызываемые вирусами.
Как известно, и с этими недугами ведется успешная борьба. Побежден полиомиелит. Тягостным воспоминанием ушла в прошлое оспа. Широким фронтом идет наступление на корь: лишь за последнее пятилетие число перенесших заболевание корью снизилось в 5 раз; на повестке дня — полное искоренение этой инфекции на территории нашей страны.
Значительные усилия направляются на борьбу с гепатитом, гриппом, паротитом, вирусными респираторными заболеваниями, однако здесь решающие достижения еще впереди.
Можно отметить два основных направления борьбы с вирусными инфекционными болезнями. Это вакцинация и использование естественного, «предложенного» природой вещества — интерферона. Сейчас его уже получают в массовых количествах и успешно применяют для профилактики гриппа и при лечении других вирусных заболеваний.
Наряду с этим ученые работают над созданием других эффективных лекарственных веществ, способных подавить вирусную инфекцию.
Нам предстоит организовать широчайшие, в масштабе всей планеты, исследования мест обитания болезнетворных вирусов, изучение условий их существования, выявление их постоянных и промежуточных «хозяев» среди млекопитающих, насекомых и других живых существ.
Работа эта начата. Во все концы нашей страны и за рубеж отправляются специальные экспедиции вирусологов. Уже получены чрезвычайно ценные данные о перемещениях вирусной гриппозной инфекции из Всемирного противогриппового центра, в деятельность которого вносит существенный вклад региональный противогриппозный центр СССР.
Я не остановился на исследованиях, проводимых вирусологами в области изучения онкогенных вирусов, — это тема специальной статьи. Скажу только, что нам предстоит разработать методы «генной хирургии», чтобы уметь не только удалять вторгшиеся в клетку человека и животных геномы онкогенных вирусов, но и в ряде случаев блокировать их внутри клетки.
Думаю, что это уже не фантастика, а вполне реальная перспектива.
Такова наша тактика сегодня. А стратегия будет зависеть от того, какая гипотеза о происхождении вирусов окажется верной. Если справедливы первые две — мы на правильном пути. Но если подтвердится гипотеза «взбесившихся генов», с наши планы придется внести существенные коррективы. Какие? Это покажет будущее.
Читать о бактериях и вирусах
ЧТО ТАКОЕ БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ?
Бактерии — это одноклеточные живые существа, встречающиеся почти повсюду на Земле. Вирусы представляют собой белковую оболочку с ДНК внутри, и для размножения им нужна клетка-хозяин. Иммунная система человека способна убивать большинство бактерий и вирусов до того, как они заразят нас.
Чтобы лучше понять бактерии и вирусы…
ЧТО ТАКОЕ БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ?.
Бактерии — это одноклеточные живые существа, встречающиеся почти повсюду на Земле. Вирусы представляют собой белковую оболочку с ДНК внутри, и для размножения им нужна клетка-хозяин.
Иммунная система человека способна убивать большинство бактерий и вирусов до того, как они заразят нас.
Чтобы лучше понять бактерии и вирусы…
ДАВАЙТЕ РАЗЪЯСНИМ!
Бактерии — живые существа, состоящие из одной клетки.
Бактерии представляют собой одноклеточные (одноклеточные) организмы, которые размножаются путем копирования своей ДНК и деления ее пополам. Бактерии быстро размножаются; миллионы из них могут быть произведены за один день! Бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Миллионы бактерий живут на вашей коже и в вашем теле. Некоторые из этих бактерий помогают вам переваривать пищу, а другие живут на поверхности вашей кожи и предотвращают заболевание. Бактерии также могут вызывать серьезные инфекции, такие как сальмонеллез, который возникает при употреблении недоваренной пищи. Поскольку бактерии делятся и размножаются очень быстро, их часто трудно контролировать, и для их лечения могут потребоваться антибиотики. Антибиотики — это лекарства, которые разрушают клеточные стенки бактериальных клеток и убивают их, чтобы они не размножались и не вызывали болезни.
Бактерии — живые существа, состоящие из одной клетки. Бактерии — это одноклеточные (одноклеточные) организмы, которые размножаются путем копирования своей ДНК и деления ее пополам. Бактерии быстро размножаются; миллионы из них могут быть произведены за один день! Бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Миллионы бактерий живут на вашей коже и в вашем теле. Некоторые из этих бактерий помогают вам переваривать пищу, а другие живут на поверхности вашей кожи и предотвращают заболевание. Бактерии также могут вызывать серьезные инфекции, такие как сальмонеллез, который возникает при употреблении недоваренной пищи. Поскольку бактерии делятся и размножаются очень быстро, их часто трудно контролировать, и для их лечения могут потребоваться антибиотики. Антибиотики — это лекарства, которые разрушают клеточные стенки бактериальных клеток и убивают их, чтобы они не размножались и не вызывали болезни.
Вирусы неживые и не могут воспроизводиться сами по себе.
Вирусы не являются живыми клетками, поэтому они не могут делиться самостоятельно.
Им нужна клетка-хозяин для размножения. Вирус прикрепляется к поверхности клетки, вводит в нее свою ДНК, захватывает клетку, чтобы создать больше копий вируса, и взрывает клетку, убивая ее и высвобождая вирус, чтобы заразить другие клетки. В отличие от бактерий, большинство вирусов вредны и атакуют определенные типы клеток. Например, COVID-19поражает клетки дыхательной системы человека. Существует вирус, называемый вирусом табачной мозаики, который поражает клетки табачного растения. Вирусы обычно специфичны для типов клеток, которые они заражают, потому что они имеют определенную форму, которая позволяет им прикрепляться к определенным типам клеток.
Вирусы неживые и не могут воспроизводиться сами по себе. Вирусы не являются живыми клетками, поэтому они не могут делиться самостоятельно. Им нужна клетка-хозяин для размножения. Вирус прикрепляется к поверхности клетки, вводит в нее свою ДНК, захватывает клетку, чтобы создать больше копий вируса, и взрывает клетку, убивая ее и высвобождая вирус, чтобы заразить другие клетки.
В отличие от бактерий, большинство вирусов вредны и атакуют определенные типы клеток. Например, COVID-19поражает клетки дыхательной системы человека. Существует вирус, называемый вирусом табачной мозаики, который поражает клетки табачного растения. Вирусы обычно специфичны для типов клеток, которые они заражают, потому что они имеют определенную форму, которая позволяет им прикрепляться к определенным типам клеток.
Наша иммунная система способна уничтожать большинство вирусов и бактерий.
Иммунная система человека состоит из особых клеток, называемых лейкоцитами, которые борются с большинством бактерий и вирусов. Вакцины — это лекарства, которые врачи дают вам, чтобы помочь подготовить иммунную систему к борьбе с инфекцией еще до того, как ваше тело вступит с ней в контакт! Вакцины активируют иммунную систему для выявления вирусов и бактерий, которые могут быть опасными. Эти клетки не только готовятся к борьбе с захватчиками, но и запоминают размер и форму захватчиков, если им случится снова вступить с ними в контакт.
Вот почему вы редко болеете одним и тем же вирусом более одного раза.
Наша иммунная система способна уничтожать большинство вирусов и бактерий. Иммунная система человека состоит из особых клеток, называемых лейкоцитами, которые борются с большинством бактерий и вирусов. Вакцины — это лекарства, которые врачи дают вам, чтобы помочь подготовить иммунную систему к борьбе с инфекцией еще до того, как ваше тело вступит с ней в контакт! Вакцины активируют иммунную систему для выявления вирусов и бактерий, которые могут быть опасными. Эти клетки не только готовятся к борьбе с захватчиками, но и запоминают размер и форму захватчиков, если им случится снова вступить с ними в контакт. Вот почему вы редко болеете одним и тем же вирусом более одного раза.
Бактерии и вирусы могут легко распространяться при кашле, чихании и прикосновении.
Бактерии и вирусы легко переносятся через капли из носа и рта, которые могут распространяться при кашле или чихании. Эти капли формируются вашим телом в так называемых слизистых оболочках.
Когда эти слизистые оболочки нарушены, вероятность заражения намного выше и заболеть от других людей намного легче. Чтобы предотвратить распространение инфекции, вы должны мыть руки, избегать совместного использования напитков и столовых приборов, а также оставаться дома, если вы заболели!
Бактерии и вирусы могут легко распространяться через кашель, чихание и прикосновение. Бактерии и вирусы легко переносятся через капли из носа и рта, которые могут распространяться при кашле или чихании. Эти капли формируются вашим телом в так называемых слизистых оболочках. Когда эти слизистые оболочки нарушены, вероятность заражения намного выше и заболеть от других людей намного легче. Чтобы предотвратить распространение инфекции, вы должны мыть руки, избегать совместного использования напитков и столовых приборов, а также оставаться дома, если вы заболели!
Многие научные профессии связаны с изучением бактерий и вирусов.
Микробиологи и вирусологи вместе изучают бактерии и вирусы, чтобы лучше понять, как их предотвратить.
Эти ученые выращивают бактерии в своих лабораториях и проводят исследования, чтобы определить лучшие методы лечения различных типов бактерий и вирусов. В настоящее время ученые всего мира работают над тестами на антитела и вакцинами против COVID-19.
Многие научные карьеры связаны с изучением бактерий и вирусов. Микробиологи и вирусологи работают вместе над изучением бактерий и вирусов, чтобы лучше понять, как их предотвратить. Эти ученые выращивают бактерии в своих лабораториях и проводят исследования, чтобы определить лучшие методы лечения различных типов бактерий и вирусов. В настоящее время ученые всего мира работают над тестами на антитела и вакцинами против COVID-19.
БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ СЛОВАРЬ
Ядро
Структура внутри клетки животного, в которой хранится ДНК.
ДНК
Генетический материал, содержащий информацию для создания большего количества клеток.
Бактерии
Тип одноклеточных организмов, встречающихся почти повсюду на Земле.
Колония
Группа бактерий, растущих вместе.
Вирус
Неживая защитная оболочка с генетическим материалом внутри.
Антибиотик
Лекарство, используемое для лечения бактериальных инфекций.
Лейкоцит
Клетка иммунной системы человека, помогающая бороться с инфекцией.
Вакцина
Лекарство, которое помогает подготовить иммунную систему к борьбе с инфекцией.
Микробиолог
Ученый, изучающий микроорганизмы, такие как бактерии.
Инкубатор
Машина, которую ученые используют для выращивания и изучения бактерий.
БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
Как узнать, живое это или неживое?
Живые существа должны получать питательные вещества, иметь генетический материал и воспроизводиться.
Как обычно распространяются бактерии и вирусы?
Бактерии и вирусы могут легко распространяться при прикосновении.
Где можно найти бактерии?
Бактерии можно найти везде! Они в почве, на вашей коже, внутри вашего тела и даже в ваших фекалиях! Бактерии растут вместе и чаще всего встречаются группами, называемыми колониями.
Почему врачи не назначают антибиотики при вирусных инфекциях?
Антибиотики убивают только бактерии и не действуют на вирусы.
Почему вирусы считаются неживыми?
Вирусы не поглощают питательные вещества и не размножаются сами по себе. Им нужна клетка-хозяин.
Если вирусы неживые, как они размножаются?
Вирусы захватывают клетки, создают копии самих себя, а затем вырываются из клетки. Копии заражают другие клетки.
Вернуться к уроку
Вирусы могут как помочь нам, так и навредить нам
За последние несколько лет миллионы людей по всему миру радикально изменили свой образ жизни, чтобы избежать контактов с другими людьми и, таким образом, нового коронавируса. Несмотря на социальное дистанцирование, многие все же частично заболели другими вирусными инфекциями. Это связано с тем, что ученые все больше узнают, что многие вирусы тихо скрываются в человеческом теле, спрятанные в клетках легких, крови и нервах, а также внутри множества микробов, которые колонизируют наш кишечник.
По оценкам биологов, прямо сейчас в вашем теле и внутри него живет 380 триллионов вирусов — в 10 раз больше, чем бактерий. Некоторые могут вызвать болезнь, но многие просто сосуществуют с вами. Например, в конце 2019 года исследователи Пенсильванского университета обнаружили в дыхательных путях 19 различных штаммов редондовируса; некоторые из них были связаны с пародонтозом или заболеваниями легких, но другие, возможно, могли бороться с респираторными заболеваниями. Быстро расширяющиеся знания ученых ясно показывают, что мы состоим не из «человеческих» клеток, в которые время от времени вторгаются микробы; наши тела на самом деле представляют собой суперорганизмы, сосуществующие вместе с клетками, бактериями, грибками и, что наиболее многочисленно, вирусами. Последние подсчеты показывают, что до половины всей биологической материи в вашем теле не принадлежит человеку.
Десять лет назад исследователи едва ли знали о существовании человеческого вирома. Сегодня мы видим огромный виром как неотъемлемую часть более крупного микробиома человека, сумасшедшее одеяло из пассивных и активных микроскопических организмов, которые занимают почти каждый уголок нашего существа.
Мы занимаемся картографированием вирома уже более 10 лет, и чем глубже мы исследуем, тем больше виром выглядит как партнерство, которое может влиять на нашу повседневную жизнь как положительно, так и отрицательно. Недавние исследования показывают, что мы можем даже использовать виром для укрепления собственного здоровья. Исследователи Рокфеллеровского университета, например, выделили из вируса фермент, убивающий бактерии, обнаруженные у пациентов, борющихся с метициллин-резистентной стафилококковой инфекцией. Результаты были настолько обнадеживающими, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов назвало фермент «прорывной терапией». Сегодня мы регулярно говорим о «хороших» и «плохих» бактериях в нашей жизни. Вирусы попадают в те же категории. Теперь задача состоит в том, чтобы выяснить, как остановить плохие и продвигать хорошие.
Заражение при рождении
Организм человека представляет собой богатую среду для микробов, изобилующую белками, жирами и углеводами.
Многие вирусы придумали, как мирно процветать в нем, не заражая нас.
Вирусы должны внедряться в клетки-хозяева для размножения, и они умеют использовать все возможности нашего тела. Около десятка лет назад недорогое секвенирование генома позволило нам обнаружить множество вирусов во рту и кишечнике. Примерно к 2013 году ученые обнаружили вирусы на коже и в дыхательных путях, крови и моче. Совсем недавно мы нашли их в еще более удивительных местах. В сентябре 2019 г., например, Чандрабали Гхош, наши коллеги и я опубликовали подробности о вирусах, которые мы обнаружили в спинномозговой жидкости взрослых, которые проходили тестирование на различные состояния. Вирусы принадлежали к нескольким различным семействам и не были связаны с каким-либо известным заболеванием. Мы также обнаружили те же вирусы в плазме крови, суставной жидкости и грудном молоке. Ученые знали, что некоторые редкие инфекционные вирусы, особенно герпес, могут проникать в спинномозговую жидкость, но обнаружение случайных вирусов, которые казались простыми сторонними наблюдателями, стало неожиданностью.
Центральная нервная система, которая считается стерильной средой, заселена несколько разнообразным вирусным сообществом.
Похоже, что наши виромы начинают накапливаться, когда мы рождаемся. Исследования показывают большое разнообразие вирусов в кишечнике младенцев вскоре после рождения, что позволяет предположить, что они, вероятно, исходят от матерей младенцев, а некоторые из них попадают в организм с грудным молоком. Количество некоторых из этих вирусов уменьшается по мере того, как младенцы вырастают до недель или месяцев; другие попадают в их тела из воздуха, воды, пищи и других людей. Эти вирусы растут в количестве и разнообразии, заражая клетки, в которых они сохраняются в течение многих лет. Младенческие виромы нестабильны, тогда как взрослые виромы относительно стабильны. Анелловирусы, семейство из 200 различных видов, присутствуют почти у всех, когда мы становимся старше. Это отражает то, что мы наблюдаем и для бактерий.
Многие из вирусов, живущих внутри нас, не нацелены на наши клетки.
Вместо этого они ищут бактерии в наших микробиомах. Эти вирусы, известные как бактериофаги или фаги, проникают внутрь бактериальных клеток, используют тамошние механизмы для создания своих копий, а затем часто вырываются наружу, чтобы заразить новые бактерии, убивая при этом клетки-хозяева. Бактериофаги почти повсеместно распространены в природе. Если хорошо поискать, то можно найти их в почве, в любом источнике воды, от океана до домашнего крана, и в экстремальных условиях, таких как кислотные шахты, Арктика и горячие источники. Вы даже найдете их парящими в воздухе. Они сохраняются во всех этих местах, потому что охотятся на бактерии, живущие во всех этих местах. Мы, люди, всего лишь еще одно охотничье угодье.
В 2017 году Софи Нгуен и Джереми Барр из Университета штата Сан-Диего продемонстрировали, что многие фаги попадают в свое окончательное место в организме, пересекая слизистые оболочки. В лабораторных экспериментах фаги работали через мембраны, выстилающие кишечник, легкие, печень, почки и даже мозг.
Но когда они случайно попадают в такое место, как центральная нервная система, где мало бактерий, которые могут быть хозяевами, у них может не быть возможности размножаться, и они могут в конечном итоге погибнуть.
Ваш личный вирусный профиль
Виром может сильно варьироваться от одной части тела к другой. Когда мы с Гхошем искали вирусы в неожиданных местах, мы также определили, что вирусы во рту отличаются от вирусов в кишечнике, которые отличаются от вирусов в моче или крови. Мы знали, что это относится к бактериям, но вначале у нас не было достаточно данных о вирусах. Хотя найти добровольцев, которые будут плевать в чашку, нетрудно, трудно заставить их предоставить образцы стула или крови и убедить университеты дать согласие на получение и обработку этих образцов. Когда у нас есть товар, мы должны отфильтровать бактерии, оставив крошечные кусочки вирусного материала, которые мы можем исследовать под микроскопом и поместить в машину, которая секвенирует нуклеиновые кислоты, кодирующие присутствующие гены.
Тем не менее, исследователи проделали уже достаточно этой работы, чтобы сказать, какую часть тела они исследуют, просто отметив присутствующие вирусы.
Фото: AXS Biomedical Animation Studio
Мы с моей коллегой Мелиссой Ли из Института человеческих вакцин Дьюка также показали, что, сравнивая виромы неродственных людей, мы можем определить, живут ли они вместе. Хотя у разных людей могут быть существенно разные виромы, люди, живущие совместно, по-видимому, имеют примерно 25 процентов вирусов в своих виромах. Вирусы могут передаваться от одного члена домохозяйства к другому не только через типичные заразные средства, такие как кашель, но также через случайный контакт и общие раковины, туалеты, столы и пищу. Хотя мы изучили лишь небольшое количество людей, данные показывают, что не романтические соседи по комнате имеют тот же процент вирусов, что и романтические соседи по комнате. Близкий контакт, кажется, мало что меняет; достаточно просто жить в одном месте.
Однако загадка непростая. Шира Абелес из Калифорнийского университета в Сан-Диего выявила большие различия в оральных виромах мужчин и женщин; причиной могли быть гормоны, но никто не продемонстрировал такой связи. Мы знаем, что виромы могут значительно различаться в зависимости от географических популяций. Например, виромы людей в западных странах менее разнообразны, чем среди людей в незападных странах. Эти различия могут быть связаны как с питанием, так и с окружающей средой.
Фото: AXS Biomedical Animation Studio
Бродяги или нахлебники?
Многие вирусы в нашем вироме заражают бактерии, но меньшая их часть непосредственно заражает клетки наших тканей. Эти вирусы могут быть в меньшинстве, потому что наша иммунная система подавляет их. Ивейн Де Вламинк, в то время работавший в Стэнфордском университете, продемонстрировал, что, когда иммунная система человека подвергается серьезной нагрузке — например, когда кто-то получил трансплантацию органа и должен принимать иммунодепрессанты, чтобы избежать отторжения органа, — присутствие определенных вирусов резко возрастает. В этих случаях мы наблюдаем рост как вирусов, о которых известно, что они вызывают заболевание, так и тех, которые этого не делают. Это наблюдение предполагает, что в нормальных условиях наша иммунная система контролирует виромы, но когда иммунитет ослаблен, вирусы могут легко размножаться.
Мы можем наблюдать подобный оппортунизм с COVID-19. У людей, заболевших вирусом SARS-CoV-2, особенно у тяжелобольных, могут развиться коинфекции. Наиболее распространенными являются вторичная бактериальная пневмония, или бактериемия (повышение количества бактерий в кровотоке), с участием таких организмов, как Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumoniae . Хотя реже, мы также наблюдали вирусные коинфекции, такие как грипп, респираторно-синцитиальный вирус и аденовирус. Вирусы, скрывающиеся в вироме, также могут реактивироваться, например, вирус Эпштейна-Барр и цитомегаловирус. Когда иммунная система обращает внимание на COVID, пациент может быть более восприимчив к другим вирусным вспышкам.
Многие фаги, несмотря на то, что они охотники, долгое время живут в гармонии со своей добычей и могут никогда не вырваться наружу. Вирус — это всего лишь белковый шарик, окутывающий молекулу генетических инструкций — генетический код вируса. Когда некоторые фаги заражают бактерию, они интегрируют свой геном в геном бактерии. Хотя некоторые вирусы размножаются немедленно, убивая свои бактерии-хозяева, другие фаги просто сохраняются внутри своего хозяина, словно в тихой спячке. Вероятно, это стратегия выживания; когда бактерия-хозяин делится, создавая копию своего генома, она также копирует геном фага. В этой модели выживание хозяина определяет выживание фага, поэтому фаг заинтересован в сохранении своего хозяина. Понятно, почему такая стратегия приносит пользу фагу, но не так ясно, как она может принести пользу бактериям. По какой-то причине кажется, что многие бактерии в организме привыкли жить со своими фагами.
Когда представится возможность, гибернирующие фаги могут проснуться и произвести много потомства, убивая свои клетки-хозяева. Иногда уходящие фаги уносят с собой бактериальные гены. Эта полезная нагрузка может время от времени приносить пользу следующим бактериям, которые заражают фаги. Например, я обнаружил в слюне фаги, несущие гены, помогающие бактериям ускользать от нашей иммунной системы. Некоторые фаги даже несут гены, которые помогают бактериям сопротивляться антибиотикам. Фагам не нужны такие гены, потому что фаги не могут быть уничтожены антибиотиками, поэтому, когда они передают гены бактериям, они способствуют выживанию хозяев, что синонимично выживанию фагов. Мы часто видим такие переводы.
Фаги могут усилить защиту своего хозяина. Бактерия Pseudomonas aeruginosa , наиболее известная тем, что вызывает пневмонию, вызывает ряд заболеваний. Людям с такими заболеваниями легких, как кистозный фиброз, почти невозможно вывести эту бактерию из легких, даже если они принимают антибиотики, предназначенные для ее уничтожения. Некоторые P. aeruginosa интегрировали в свои геномы так называемые нитевидные фаги. В 2019 году исследователи под руководством группы из Стэнфорда, в которую входили Элизабет Бергенер и Пол Боллики, обнаружили, что нитевидные фаги могут образовывать защитный плащ — слои углеводов и белков, которые помогают бактериям прятаться от антибиотиков. Это позволяет бактериям укрыться на месте, пока антибиотики не исчезнут, и жить, чтобы вызвать инфекцию в другой день.
Вирусы, которые нам помогают
Нетрудно задаться вопросом, можем ли мы использовать вирусы, живущие внутри нас, для улучшения нашего здоровья. Мы уже нашли несколько случаев, когда это происходит естественным образом. По мере того, как фаги перемещаются по телу в поисках бактерий, некоторые из них связываются с клетками на поверхности слизистых оболочек, таких как те, которые выстилают нос, горло, желудок и кишечник. Фаги не могут размножаться там, но они могут подстерегать уязвимый хозяин.
Этот процесс теоретически может защитить нас от некоторых болезней. Допустим, вы едите пищу, зараженную бактериями Salmonella . Если бактерии соприкасаются с мембраной желудка, фаги там могут якобы заразить бактерии и убить их, прежде чем они смогут вызвать заболевание. Таким образом, фаги могут служить де-факто иммунной системой, защищающей нас от болезней. Этого пока никто не доказал, но в 2019 году исследовательская группа в Финляндии показала, что фаги, связанные со слизью свиней и радужной форели, сохраняются там в течение семи дней и защищают от одного вида бактерий, заражающих этих животных.
Одним из фагов, привлекающих большое внимание, является crAssphage, обнаруженный в 2014 году Басом Дутилом из Института Радбуда в Нидерландах. Исследования, проведенные с тех пор, показали, что он населяет большинство людей во всем мире, за исключением, по-видимому, традиционных популяций охотников-собирателей. Необычно обнаружить, что один и тот же вирус распространяется так широко и широко, и никто не связал его с каким-либо заболеванием. Ученые считают, что он контролирует распространенность обычной кишечной бактерии под названием Bacteroides . Если это так, мы могли бы использовать его для улучшения состояния желудочно-кишечного тракта. Он настолько распространен в фекалиях человека, что исследователи теперь проверяют его в питьевой воде, чтобы увидеть, не была ли вода загрязнена сточными водами.
Врачи особенно заинтересованы в фагах, которые могут противодействовать агрессивному росту устойчивых к антибиотикам бактерий. Разработка новых антибиотиков не поспевает за ними. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, к 2050 году эти патогены будут вызывать не менее 10 миллионов смертей ежегодно, поэтому альтернативные методы лечения жизненно важны. Фаги были открыты более 100 лет назад, и врачи пытались использовать их для лечения бактерий, вызывающих заболевания, хотя и без особого успеха. В 19Антибиотики 40-х годов заменили фаги в большинстве стран мира, потому что лекарства были намного эффективнее и проще в использовании. Теперь некоторые медицинские исследователи, такие как исследователи из Университета Рокфеллера, которые использовали фаговый фермент для борьбы с метициллин-резистентной инфекцией Staphylococcus , по-новому смотрят на фаги.
В течение многих лет большинство врачей боялись вводить фаги, потому что они не знали, будет ли иммунная система человека чрезмерно реагировать, вызывая опасные уровни воспаления. Фаги для терапевтического использования выращивают в бактериях, и если бактерии не будут полностью удалены до введения фагов, бактерии могут вызвать чрезмерно агрессивный иммунный ответ. Сегодня у нас есть более сложные методы очистки фагов, и опасения по поводу побочных реакций в значительной степени утихли.
Что действительно ограничивает использование фагов для лечения инфекционных заболеваний, так это то, что трудно найти эффективные вирусы. В течение многих лет исследователи прочесывали естественные места обитания в поисках фагов, которые могут быть активны против бактерий, вызывающих болезни человека. Теперь, когда мы знаем, что вирусов много в фекалиях, слюне и мокроте, исследователи поняли, что одним из самых богатых источников фагов могут быть местные очистные сооружения.
Несколько таких фагов уже используются для экспериментального лечения. В знаменательном деле 2016 года, за которым наблюдал Роберт Скули, также из Калифорнийского университета. В Сан-Диего врачи использовали фаги из сточных вод, а также фаги из окружающей среды, чтобы успешно лечить Тома Паттерсона, профессора школы, который страдал полиорганной недостаточностью из-за Acinetobacter baumannii, — бактерия, известная своей лекарственной устойчивостью.
Улучшение здоровья
По мере того, как мы узнаем больше о роли вирусов в вироме человека, мы можем открывать больше терапевтических возможностей. Алехандро Рейес из Вашингтонского университета в Сент-Луисе показал, что фаги у мышей могут формировать бактериальные сообщества грызунов, хотя мы не уверены, что меняется в первую очередь: вирусы или бактерии. Если вирусные сообщества изменятся первыми, они смогут сформировать бактериальные сообщества, которые будут служить им. Если бактериальные сообщества изменяются первыми, вирусные сообщества, вероятно, просто адаптируются, чтобы проникнуть в измененные бактерии. Исследователи показали, что виромы могут значительно изменяться при заболеваниях пародонта и воспалительных заболеваниях кишечника.
Хотя нам потребуется много времени, чтобы разгадать человеческий виром, важно учитывать, какого прогресса мы добились всего за 10 лет. Десять лет назад многие ученые думали о микробиоме как о своего рода пассивном слое крошечных организмов внутри тела, в основном в кишечнике. Теперь мы знаем, что хотя некоторые части микробиома действительно стабильны, другие активны и меняются. И начинает казаться, что самые динамичные игроки — это вирусы. Исследование, проведенное в 2018 году в ткани головного мозга, пожертвованной людьми, умершими от болезни Альцгеймера, выявило высокий уровень герпесвирусов. Затем, в мае 2020 года, исследователи из Университета Тафтса и Массачусетского технологического института, которые разработали мозгоподобную ткань в лаборатории, заразили ее вирусом простого герпеса 1, и ткань наполнилась амилоидными бляшечными образованиями, похожими на те, что пронизывают мозг.