капельку взвеси тех или иных микроорганизмов, как уже через несколько часов бульон помутнеет: под микроскопом можно будет обнаружить тысячи и тысячи новых микроорганизмов. А вот вирусы ни в одной, даже самой высококачественной, питательной среде размножаться не могут. Даже если эта среда содержит весь необходимый для жизни набор аминокислот, витаминов, солей. В этом радикальное отличие вирусов от микробов. Вирусу нужна полноценная живая клетка, и лишь в ней может он размножаться, используя уже готовый обмен веществ клетки.
Микробы способны в течение длительного времени жить или просто сохраняться, чтобы ожить в будущем, в естественных условиях: в земле, в воде, на поверхности любых предметов, например, на коже человека. Для них необходим минимум питательных веществ, а для возбудителя холеры достаточно простой воды в любом водоеме.
Вирусы же вне живых клеток сохраняются только непродолжительное время, лучше на холоде и гораздо хуже в тепле. Если летом на ярком солнечном свету вирусы погибают очень быстро и даже при комнатной температуре переживают максимум полчаса-час, то на арктическом морозе, под толщами льда и снега они способны сохраняться многие годы.
Факты, подтвержденные тысячами и тысячами научных наблюдений, свидетельствовали, что вне живого организма вирусы не размножаются. Отсутствовали аналогии между вирусными заболеваниями и эпидемиями брюшного тифа, вызванными зараженным молоком, или вспышками ботулизма, связанными с употреблением испорченных консервированных продуктов. Вирус должен был обязательно попасть (как правило, достаточно быстро) из живых клеток одного существа в новые чувствительные клетки другого существа.
При любом инфекционном процессе, вызванном вирусами, о болезни следует думать как о чем-то, что один человек получил от другого человека, одно животное от другого животного. Все симптомы болезни, которые вирус вызывает у зараженного человека, связаны с вовлечением в инфекционный процесс тех или иных групп клеток, чувствительных к вирусу и способных поддержать его размножение.
Вирусы, вызывающие обычную простуду, размножаются, как правило, в клетках верхнего дыхательного тракта. В результате начинается насморк и кашель. Вирус полиомиелита попадает в организм человека через рот и размножается исключительно в клетках тонкого кишечника. Оттуда проникает в нервную систему, где и поражает клетки, ведающие двигательными функциями мышц. В результате развивается паралич ног, рук и даже дыхательной мускулатуры.
Есть много болезней, для возбудителей которых естественным хозяином является любое другое животное, но не человек. Наиболее яркий пример — величайшие эпидемии «черной смерти» в средние века, вызванные микробами чумы, которые выживали в течение столетий, паразитируя на полевых мышах в Центральной Азии. Когда представлялась возможность, чумные микробы поселялись в организме черной домашней крысы проникали в жилища людей и заражали их.
В противоположность микробам для каждого вируса существует свой вполне постоянный и достаточно ограниченный круг животных, растений, насекомых и даже микробов, которых он поражает. Заражая живое существо, вирусы размножаются только в клетках определенных тканей или органов, а не в любом участке организма.
В 30-х годах почти одновременно появились в печати две научные статьи, одна из Англии, другая из Советского Союза. К. Смит и А. Смородинцев доказали, что грипп у людей вызывают вирусы, а не микробы, как это считалось раньше. С тех пор прошло более 40 лет. Выделено много вариантов вирусов гриппа, все они досконально изучены. Ученые подобрали удобную для изучения лабораторную модель — белую мышь. Установили, что в легких этих животных вирусы гриппа интенсивно размножаются. Однако это происходило, только когда вирус гриппа вводили мышке в нос. Если же ее пытались заразить инъекцией вирусной суспензии под кожу, внутривенно или в брюшную полость, вирус гриппа не приживлялся и не размножался.
— Если увидеть вирус внутри клетки с помощью микроскопа нельзя, то как это сделать?
— К сожалению, обычный микроскоп, хотя он и увеличивает предметы более чем в тысячу раз, перед вирусом бессилен,
— Как же тогда получить «портрет» вируса, разглядеть его внутреннее устройство?
— Наука создала для этого электронный микроскоп, ультрацентрифугу и другие сложнейшие приборы.
Уже на первых этапах развития вирусологии ученые столкнулись с непреодолимой трудностью: увидеть вирусы с помощью микроскопа не удавалось. Изучали материалы, которые наверняка содержали живые вирусы, потому что с их помощью легко заражались лабораторные животные или растения, однако никаких вредоносных возбудителей там видно не было. Еще совсем недавно это считали одним из главных свойств вирусов и их отличий от микроорганизмов.
Большие усилия были затрачены для преодоления невидимости вирусов, делавшей их малодоступными для изучения. Путь к этой победе оказался достаточно долгим.
Трудность заключалась в том, что вирусы имеют ничтожно малые размеры — от 10 до 300 нанометров. Казалось бы, почему не сделать микроскоп с еще более сильными линзами, которые смогли бы увеличить предмет не в тысячу, а в 10 тысяч или 50 тысяч раз? Однако все упиралось в непреодолимость физических законов.
Законы оптики безоговорочно утверждают, что при любом освещении, которое используют в оптическом микроскопе, можно увидеть только объекты с поперечником больше длины волны света. У дневного света длина волны составляет 400—700 нанометров, следовательно, вирусы невозможно увидеть ни в один обычный микроскоп, каким бы совершенным он ни был.
На помощь вирусологам приходит электронный микроскоп, теорию устройства которого и первые образцы создают в конце 30-х годов, перед началом второй мировой войны, В. Зворыкин в США и А. Лебедев в СССР. В нем вместо видимого света используют поток электронов, а вместо увеличительных стекол — магнитные катушки. Пройдя через изучаемый предмет, тонкий электрический луч многократно расширяется магнитными полями катушек. Это увеличивает изображение в несколько сотен тысяч раз и позволяет увидеть его на специальном флюоресцирующем экране, подобном экрану телевизора. Так как длина волны электронного луча равна всего лишь 0,01 ангстрема (ангстрем равен 0,1 нанометра), то есть в 500 тысяч раз меньше, чем у видимого света, с помощью электронного микроскопа можно рассмотреть даже небольшие белковые молекулы.
Электронный микроскоп в его современных модификациях — это весьма точный и сложный механизм, стоимость которого измеряется десятками тысяч рублей. Несмотря на это, все лаборатории, изучающие структуру вирусов, имеют его на вооружении. С помощью электронного микроскопа ученым удается рассмотреть большинство известных вирусов, просвечивая их пучком электронов.
В последние годы изобретен сканирующий электронный микроскоп, принцип работы которого основан на том, что пучок электронов не проходит через предмет насквозь, а, падая на его поверхность под определенным углом, отражается от нее и после необходимого увеличения изображения попадает на флюоресцирующий экран. Сканирующий электронный микроскоп позволяет увидеть даже объемное изображение вирусов, сделать фотографии, портреты вирусов с деталями структуры их наружной поверхности.
Исследование морфологии (формы и строения) позволило разделить все известные сейчас вирусы на три группы.
Раньше всего были изучены крупные вирусы. Их размер 200—300 нанометров. К таким «великанам» относятся вирусы оспы человека и животных, вирус эктромелии белых мышей (это заболевание часто встречается в питомниках, где разводят столь необходимых науке лабораторных животных).
Ко второй группе относят вирусы, средняя величина которых от 50 до 150 нанометров. К ним принадлежит большинство вирусов растений, бактериофаги (вирусы, уничтожающие микробов), а также вирусы кори, свинки, гриппа. Сюда же относятся возбудители многих заболеваний верхних дыхательных путей, которые обычно называют «простудными», но которые на самом деле вызываются многочисленными вирусами.
