Текст книги "Что вы мне вкололи? Вся правда о российских вакцинах"

Часть II
Невидимые монстры

■ Когда и как появилась вирусология

■ А что же было на Руси

■ Как создавались первые вакцины

Проблема вирусных инфекций волновала человечество на протяжении многих веков и даже тысячелетий – задолго до открытия вирусов и становления вирусологии как науки. В те далекие времена люди еще не понимали истинной причины опасных или даже смертельных заболеваний, которые возникали в виде загадочных эпидемий.

Но на протяжении всей истории человечества находились смельчаки. Они пытались противостоять опасным болезням. Искали способы борьбы с неизвестными, невидимыми и непонятными возбудителями инфекционных заболеваний, опираясь на эмпирический опыт и надеясь на чудо. Среди таких смельчаков были знахари, колдуны и просто просвещенные люди, далекие от медицины. Они внесли свой весомый вклад в развитие медицины, санитарии и будущей вирусологии.

Глава пятая
Вирусология как наука
Этапы большого пути

Вирусология – это наука об инфекционных микроорганизмах неклеточной природы, которые называются вирусами. Вирусы – это очень маленькие ультрамикроорганизмы: их размеры оцениваются в нанометрах (1 нанометр = 10⁻⁹ метра) в отличие от бактерий, размер которых измеряется в микрометрах (1 микрометр = 1000 нанометров). Вирусы не имеют клеточного строения, в их составе бывает только один тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), и они не могут размножаться вне живой клетки.

В переводе с латинского слово virus означает «яд», что вполне отражает негативное воздействие многих вирусов на живые организмы и заразное начало этой субстанции. Впервые слово «вирус» стали использовать задолго до его открытия и ввели в употребление в 1728 году для обозначения агента, способного вызвать инфекционное заболевание. Первооткрыватель вирусов и основоположник вирусологии Д. И. Ивановский ввел в науку термин «фильтрующийся вирус» – так он назвал небактериальный болезнетворный агент, способный проходить через бактериальные фильтры, то есть фильтроваться. Позже были попытки употреблять названия «ультравирус» и «фильтрующий вирус», но они не прижились, и остался только термин «вирус». В 1959 году появился термин «вирион», который применяется для обозначения единичной стабильной вирусной частицы, покинувшей клетку и способной инфицировать другие клетки того же типа.

Жизненный цикл вируса состоит из пяти основных этапов:

● Прикрепление вириона к клетке-хозяину (адсорбция);

● Проникновение в клетку-хозяина;

● Раздевание;

● Репликация;

● Морфогенез, созревание и выход потомства вирионов из клетки-хозяина.

Вирусология изучает природу, строение и форму вирусов, их химический состав и взаимодействие с клетками макроорганизма (организма-хозяина), а также диагностику, лечение и профилактику вирусных заболеваний.

История вирусологии является довольно необычной. Официально она началась с момента открытия вирусов в 1892 году, но борьбу с этими опасными невидимками человечество пыталось вести на протяжении многих веков. И хотя вирусы тысячелетиями являлись виновниками многих эпидемий и пандемий, найти эффективное оружие для борьбы с этими смертельными врагами оказалось очень непросто.

Первая вакцина для предупреждения такой опасной вирусной инфекции, как натуральная оспа, была предложена английским врачом Эдвардом Дженнером в 1796 году – почти за сто лет до открытия вирусов, а первая вакцина от бешенства (антирабическая) была создана в 1885 году основоположником современной микробиологии Луи Пастером – за семь лет до открытия вирусов.

Развитие вирусологии как науки началось в конце XIX века после микробиологических открытий Луи Пастера и Роберта Коха, но первооткрывателем вирусов стал русский ученый Дмитрий Иванович Ивановский, который в 1892 году впервые в истории доказал существование нового, неизвестного ранее возбудителя болезней на примере мозаичной болезни табака: он показал, что возбудитель мозаичной болезни табака не растет на искусственных питательных средах и способен проходить через фильтры, которые задерживают самые мелкие бактерии. Опыты Д. И. Ивановского стали основой его диссертации «О двух болезнях табака». Работа была представлена научному сообществу в 1888 году и опубликована в 1892-м. Этот год и считается годом открытия вирусов. Это стало началом развития вирусологии как отдельной отрасли микробиологии. И в ХХ веке было доказано, что многие заболевания человека, животных и растений имеют вирусное происхождение.

Вирусология как наука подразделяется на общую и частную. Общая вирусология изучает фундаментальные проблемы вирусов: их происхождение, распространение в природе, строение, химический состав, генетику, особенности взаимодействия с клеткой и организмом хозяина, противовирусный иммунитет и методы диагностики вирусных заболеваний. Особым разделом общей вирусологии является молекулярная вирусология, которая занимается исследованием структур и функций вирусных частиц, анализирует механизмы экспрессии вирусных генов, молекулярную эволюцию генов и другие проблемы. Частная вирусология изучает особенности отдельных семейств вирусов и возбудителей отдельных заболеваний и занимается вопросами диагностики, лечения и профилактики специфических вирусных инфекций.

В отличие от многих других наук, в вирусологии четко прослеживаются несколько этапов, которые связаны с совершенствованием методов исследования и культивирования вирусов и определяются сменой уровней познания – от уровня организма до субмолекулярного уровня.

Начальным этапом, или предысторией вирусологии, можно назвать период от древнейшего мира до момента открытия вирусов в 1892 году. На этом этапе вирусология как наука еще не существовала, а все исследования носили эмпирический характер. Но даже в этот период были сделаны важные открытия, которые позже были обоснованы с точки зрения вирусологии. Например, в 1796 году английский врач Эдвард Дженнер сделал первую в истории прививку против натуральной оспы на основе неопасного для человека вируса коровьей оспы, а в 1798 году он издал брошюру с подробным описанием своего исследования, которая стала первым в истории опубликованным отчетом о вакцинации. Благодаря этому описанию методика Эдварда Дженнера стала известна во всем мире как метод иммунизации людей против натуральной оспы.

В этот же период, то есть еще до открытия вирусов, знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер активно занимался изучением бешенства и даже создал в 1885 году первую в истории антирабическую вакцину (вакцину против бешенства), хотя сущности этого вирусного заболевания Пастер так и не раскрыл.

Первый период развития вирусологии начался с момента открытия вирусов русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 году и продолжался до 1940-х годов. На этом этапе изучалось воздействие вирусов на организм в целом, поэтому в научной среде первый период развития вирусологии называется организменным. В этот период был проведен целый ряд научных исследований и были сделаны важные открытия, которые послужили научной и практической базой для дальнейшего развития вирусологии, в том числе и российской.

В 1898 году нидерландский ботаник и микробиолог Мартин Бейеринк установил, что фильтрующийся инфекционный агент, обнаруженный Д. И. Ивановским, размножается в больных растениях. Бейеринк правильно интерпретировал природу вирусов и доказал принципиальное отличие этого инфекционного возбудителя от бактерий.

В 1897 году немецкие микробиологи Ф. Леффлер и П. Фрош выделили первый вирус животных – вирус ящура, а в 1901 году американский врач У. Рид открыл первый вирус человека – вирус желтой лихорадки. В 1917 году французский и канадский бактериолог Феликс Д’Эрелль открыл бактериофаги – вирусы, поражающие бактерии.

С тех пор началось активное развитие мировой вирусологии как отдельного раздела микробиологии. В первый (организменный) период развития вирусологии, который продолжался до 1940-х годов, уровень познания вирусов был самым общим, а исследования проводились на уровне организмов: ученые доказали, что вирусы способны инфицировать не только клетки животных и растений, но и бактерии.

Несмотря на серьезные социальные и политические потрясения и перемены, которые происходили в государственном устройстве России в начале и первой половине ХХ века, зарождающаяся российская вирусология продолжала развиваться даже в такое сложное для страны время. Великая Октябрьская социалистическая революция 1917 года, Первая мировая война 1914–1918 годов, Гражданская война и военная интервенция 1917–1922 годов затормозили это развитие, но основные научно-исследовательские центры, сохранившиеся еще со времен царской России, продолжали работать и при советской власти.

В те годы в России было очень мало вирусологов и эпидемиологов, поэтому основные открытия в области вирусологии этого периода были сделаны зарубежными специалистами. Но благодаря самоотверженности и энтузиазму отдельных ученых, нашей стране удалось сохранить основные научные кадры, и даже при отсутствии должного финансирования и серьезного внимания со стороны властей советские ученые смогли обеспечить преемственность научной мысли в области микробиологии и вирусологии и продолжить работы в данном направлении.

В этот период огромным вкладом российских ученых в развитие медицинской вирусологии стало изучение природно-очаговых инфекционных заболеваний – эпидемических энцефалитов, а также вирусных геморрагических лихорадок. Советские вирусологи смогли не только изучить эти заболевания и выявить переносчиков вирусов, но и разработать препараты для лабораторной диагностики, профилактики и лечения этих инфекций.

На первом (организменном) этапе развития вирусологии и вплоть до середины 1930-х годов для лабораторных исследований широко использовались экспериментальные животные: белые мыши и крысы, морские свинки, хомяки, кролики. Заражение и последующая фильтрация суспензии органов зараженных животных (методика, разработанная еще Д. И. Ивановским) оставалась главным способом открытия вирусов. И хотя экспериментальные животные продолжали использоваться для исследования вирусов и в дальнейшем, в 1930-е годы по предложению будущего лауреата Нобелевской премии, австралийского вирусолога Фрэнка Бёрнета в микробиологических лабораториях в качестве «экспериментальных животных» начали применять куриные эмбрионы – 10-12-дневные зародыши. Их использование позволило открыть ряд новых вирусов, опасных для человека, и стало переходным этапом между первым и вторым периодами развития вирусологии.

В 1949 году в истории вирусологии происходит очень важное событие: открытие возможности культивирования (выращивания) клеток животных в искусственных условиях. С внедрением данной методики в вирусологии начался второй период – клеточный.

Введение в вирусологию методики культивирования клеток стало поистине революционным событием. Используя культуры тканей[5]5
  Культуры ткани – это клетки ткани, выращенные вне организма на специальной питательной среде. Клетки ткани в искусственных условиях сохраняют свойственный им обмен и восприимчивость к определенным вирусам. Для культивирования вирусов лучше всего подходят быстрорастущие клетки, поэтому для этих целей широко используются эмбриональные ткани (ткани куриных эмбрионов, клетки человека, а также культуры тканей опухолей).


[Закрыть], ученые смогли перейти от изучения вирусной инфекции к изучению непосредственно самого вируса: его строения, химического состава, способа репродукции (размножения). Данная методика позволила выделять многочисленные новые вирусы, проводить их идентификацию и клонирование, а также изучать их взаимодействие с живой клеткой. Использование методики культивирования клеток обеспечило возможность получения культуральных вакцин – вакцин, изготовленных из вируса, выращенного в культурах тканей.

В 1954 году американские вирусологи Эндерс, Уэллер и Роббинс получили Нобелевскую премию «За открытие способности вируса полиомиелита расти в культурах различных тканей».

Выращивание вирусов в культурах клеток позволило ученым получать для производства вакцин чистый вирусный материал. Практическое значение этой методики было очень велико: с ее помощью была создана вакцина против полиомиелита. Советские ученые-вирусологи М. П. Чумаков и А. А. Смородинцев в содружестве с американскими вирусологами Джонасом Сколком и Альбертом Сейбином разработали технологию производства живой (ослабленной) и убитой (инактивированной) вакцины против полиомиелита, провели клинические испытания этих вакцин и внедрили их в практику. В 1959 году в СССР была осуществлена массовая иммунизация детей живой вакциной от полиомиелита, и в результате заболеваемость полиомиелитом резко снизилась, а паралитические формы заболевания практически исчезли. За разработку и внедрение в медицинскую практику полиомиелитной вакцины М. П. Чумаков и А. А. Смородинцев в 1963 году были награждены Ленинской премией.

В клеточный период развития вирусологии началось широкое применение и других культуральных вакцин: от энцефалита, ящура, оспы и т. д. За полувековую историю применения культуральные вакцины доказали свою эффективность и используются до сих пор. Среди них есть в том числе вакцины против полиомиелита, паротита, кори, краснухи и коронавируса COVID-19, созданные на основе аттенуированных (ослабленных) штаммов вирусов.

Использование методики культивирования клеток обеспечило возможность дальнейшего развития вирусологии и перехода на следующие этапы – выхода вирусологии на молекулярный и субмолекулярный уровни. Внедрение в вирусологическую практику метода культуры тканей положило начало планомерной борьбе вирусологов с их невидимыми врагами. Российские ученые проводили тысячи исследований и опытов, рисковали здоровьем, жизнью и свободой, накапливая бесценный научный материал о строении, химическом составе и болезнетворных свойствах различных патогенных вирусов. За этот период было открыто много новых, неизвестных ранее вирусов – возбудителей опасных заболеваний, и разработаны методы диагностики, лечения и профилактики вирусных инфекций, которые помогли спасти миллионы жизней.

В клеточный период вирусологии активно развивалась диагностика вирусных инфекций и разрабатывались новые технологии изготовления противовирусных вакцин, которые создали мощную научную базу для дальнейших открытий и достижений. Главным итогом этого периода стало становление вирусологии как самостоятельной науки с собственным арсеналом научных методик и объектов исследования.

Микробиология вышла на новый уровень: на смену эре бактериологии пришла эра вирусологии. В результате исследований клеточного периода было доказано, что вирусы существуют в двух основных формах – внутриклеточной и внеклеточной. При этом вне клеток вирусные частицы (вирионы) не проявляют никаких признаков жизни, но при проникновении в чувствительные клетки живого организма вирусы переходят из пассивной формы покоя в активную форму, и тогда начинаются сложные многоэтапные процессы репродукции вирусов, которые вызывают различные, а порой и летальные процессы в живых организмах.

Процесс репродукции вируса внутри инфицированной клетки называют жизненным циклом вируса. Термин «репродукция» восходит к латинскому слову production – производство. И в самом деле, способ размножения этих монстров в корне отличается от бинарного деления клеток живых организмов. Он больше напоминает работу, происходящую на заводском конвейере.

В 1960-е годы в вирусологии стали широко использоваться методы молекулярной биологии, поэтому этот период развития данной науки называется молекулярным. Применение для исследований молекулярных методов позволило вирусологам определить принципы строения вирусных индивидуумов (вирионов), способы проникновения вирусов в клетки организма и способы репродукции (размножения) вирусов.

Вирион – одна из форм существования вируса. Это полноценная вирусная частица, состоящая из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, которая находится вне живой клетки и приспособлена для транспортировки от одной клетки к другой геномной нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК) и защиты её от механического, физико-химического и энзиматического воздействия. В большинстве случаев вирионы не проявляют биологической активности вне клеток хозяина, но при попадании вириона в клетку живого организма образуется комплекс «вирус-клетка», способный производить новые вирионы.

Кроме этого в данный период вирусологи начали использовать современные методы исследований других естественных наук: физики, химии, цитологии, молекулярной генетики, а также рентгеноструктурный анализ. Эти методики позволяли в кратчайшие сроки изучать строение, химический состав и особенности репродукции вирусов, что существенно ускоряло процесс исследований и повышало их результативность.

Но самым главным результатом молекулярного периода развития вирусологии стало кардинальное изменение отношения к вирусам. В этот период вирусы благодаря простой структуре их генома стали использоваться для изучения фундаментальных проблем генетики и молекулярной биологии. С тех пор и до настоящего времени ни одно открытие в области молекулярной биологии не обходится без вирусной модели, а полученные данные убедительно доказывают, что вирусы являются не только опасными внутриклеточными паразитами – их также можно использовать как удобный инструмент для познания общебиологических закономерностей.

Первые три этапа развития вирусологии соответствуют трем основным уровням биологического познания: организменному, клеточному и молекулярному. Основными результатами трех первых этапов развития вирусологии являются следующие факты:

● Были открыты и описаны большинство вирусов, известных к настоящему времени.

● Разработаны методы выделения, накопления и идентификации этих вирусов.

● Доказана автономность вирусов.

● Разработаны методики для изучения структуры, химического состава и репродукции вирусов.

● Разработаны методы диагностики вирусных инфекций.

● Сформулированы основные гипотезы о происхождении вирусов.

Благодаря стремительному развитию молекулярной биологии у ученых появились новые возможности изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и белков, которые позволили разработать методы секвенирования[6]6
  Секвенирование биополимеров (белков и нуклеиновых кислот – ДНК и РНК) – это определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде.


[Закрыть] ДНК, методы определения аминокислотных последовательностей белка и ряд других инновационных методик, которые начали активно использовать вирусологи. Так в 1970-е годы в мировой вирусологии начался новый, четвертый период развития – субмолекулярный, который продолжается и в настоящее время.

Новые методики позволили получить первые генетические карты геномов ДНК-содержащих вирусов. И если в предыдущем периоде внимание вирусологов было сфокусировано на исследовании характеристик вирусных нуклеиновых кислот и белков, то к началу 1980-х годов ученые уже смогли расшифровать полную структуру многих вирусных геномов. В эти годы была установлена не только аминокислотная последовательность в структуре вирусов, но и первичная, вторичная и третичная пространственная структура вирусных белков.

В 1972 году появился новый раздел молекулярной биологии – генная инженерия, методики которой открыли ученым еще более широкие перспективы. Одним из основных практических применений генной инженерии стало получение дешевых препаратов белков, имеющих важное значение для медицины, таких как инсулин и интерферон.

На данном этапе развития науки вирусологи стали уделять большое внимание трем наиболее массовым заболеваниям, которые наносят огромный ущерб здоровью людей – это грипп, рак и гепатит. В этот период в области медицинской вирусологии были сделаны важные открытия: установлены причины регулярно повторяющихся эпидемий гриппа, подробно изучены вирусы рака животных (грызунов и птиц), определена структура их генома и выявлен онкоген – ген, который отвечает за злокачественную трансформацию клеток. Было установлено, что причинами развития гепатитов А и В являются принципиально разные вирусы, которые относятся к разным семействам.

Во второй половине 1980-х, когда мир столкнулся с новой смертельной инфекцией – вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), отечественные ученые, опираясь на свой значительный опыт работы с ретровирусами, активно включились в решение этой проблемы.

Четвертый период развития вирусологии, который продолжается до сих пор, оказался особенно плодотворным: за последние полвека ученые узнали о вирусах больше, чем за все предыдущее время. Сейчас в распоряжении ученых есть огромный арсенал современных приборов и реактивов, необходимых для исследования вирусов: электронные микроскопы высокой разрешающей способности, которые позволяют увидеть даже самые мельчайшие вирусы, мощные ультрацентрифуги, позволяющие разделить смесь частиц и молекул, имеющих разную величину, плотность и форму, и даже радиоактивные изотопы, которые обеспечивают возможность помечать отдельные молекулы и измерять их количество в миллионных долях грамма. Благодаря таким технологиям вирусологам удается измерять и взвешивать вирусы, определять их химический состав, выяснять закономерности их размножения, определять их место в природе и их роль в развитии инфекционных заболеваний, а также разрабатывать эффективные методы борьбы с различными вирусами.

Для получения достоверных и точных результатов научных исследований необходимы совместные усилия специалистов многих наук, поэтому в настоящее время вирусы являются междисциплинарным объектом исследований, и для эффективного противостояния вирусным инфекциям на помощь вирусологам приходят инновационные технологии и огромный научный потенциал смежных отраслей естественных наук.

В последние десятилетия количество вирусных заболеваний резко возросло, что повлекло за собой и стремительное развитие мировой вирусологии. За последнее время изучены многие свойства вирусов, разработаны новые методы диагностики, лечения и профилактики вирусных заболеваний. Современная вирусология тесно связана не только с микробиологией, но и другими биологическими науками: биохимией, биофизикой, генетикой, фармакологией, гистологией, эпизоотологией, химией и т. д. Вирусы являются уникальными объектами для изучения нуклеиновых кислот и прочих вопросов генетики. Современные методики позволяют исследовать уже не целый вирус, а его отдельные компоненты, и не просто целую клетку организма-хозяина, а отдельные части. Для этих целей используются сложнейшие приборы и прецизионные (сверхточные) методы, которые пришли в науку недавно и существенно ускорили исследовательские процессы в области вирусологии и практическое внедрение полученных результатов.