Вирусология

Наука
Вирусология (вирусы и др.-греч. λόγος — учение)
вирология, инфрамикробиология, наука о вирусах
Предмет изучения	вирусы
Основные направления	микробиология
Медиафайлы на Викискладе

Вирусология (вирусы и др.-греч. λόγος — учение) — наука о вирусы, раздел микробиологии и самостоятельная область биологии, развивающая знания о субмикроскопических внутриклеточных паразитах, поражающих людей, животных, растения и микроорганизмы. К этой же области биологии относится учение о вирусах бактерий.

История

Основоположник Вирусологии Дмитрий Ивановский на почтовой марке СССР, 1964,  (ЦФА [АО «Марка»] #3118; Sc #2938)

Основоположником Вирусологии является русский ученый Дмитрий Ивановский. В 1892 году изучая мозаичную болезнь табака и использовав при этом метод фильтрации, он установил, что фильтрат из растертой взвеси листьев, пораженных этой болезнью, не содержал видимых в микроскоп микроорганизмов, однако вызывал типичные признаки мозаичной болезни у здоровых растений. На основании этих опытов Ивановский сделал вывод, что мозаичная болезнь табака вызывается мельчайшими микроорганизмами, проходящими через керамические фильтры, задерживающие все известные в то время бактерии, что они не способны расти на искусственных питательных средах, применяемых в бактериологии, и передаются в серии последовательных прививок. В 1902 году Ивановский обнаружил кристаллические включения в клетках табачных растений, пораженных мозаичной болезнью, в дальнейшем другими учеными было подтверждено, что это скопление вирусных частиц. Использование метода фильтрации позволило в дальнейшем установить прохождение через керамические фильтры возбудителей других известных заболеваний человека и животных: ящура в 1898 году, желтой лихорадки в 1901 году. В 1911 году Фрэнсис Роус доказал вирусную этиологию саркомы кур и впервые экспериментально установил что вирусы могут вызывать неопластические процессы.

В начале XX века появляются гипотезы, согласно которым вирусы считаются либо мельчайшими простейшими, либо фильтрующейся формой бактерий. Кроме упомянутых так называемых экзогенных теорий, были и эндогенные, утверждающие, что вирусы являются не чем иным, как ядами, выделяющимися внутри клетки в результате воздействия неизвестных факторов, а позднее, что вирусы — это патологически модифицированные «взбунтовавшиеся гены». Убедительные данные, подтверждающие существование субмикроскопических организмов, появились после открытия феномена бактериофагии. Ещё в 1898 году явление перевиваемого лизиса бактерий наблюдал Николай Гамалея, однако только английский бактериолог и вирусолог Туорт и французский микробиолог Д’Эрелль, изучив природу этого явления, установили независимо друг от друга, что наблюдаемый процесс является результатом паразитирования в бактериальной клетке фильтрующегося агента живой природы, названного бактериофагом. Использование методики искусственного увеличения размера вируса позволило наблюдать крупные вирусы у птиц и млекопитающих в поле зрения оптического микроскопа. В 1932 году Кристофер Эндрюс методом ультрафильтрации определили размеры некоторых бактериофагов и вируса осповакцины. На протяжении всей истории Вирусологии её прогресс был связан с применением новых и более совершенных методов исследования.

Структура и области применения

Первоначально Вирусология человека, животных и бактерий развивалась в рамках микробиологии, а Вирусология высших растений — как раздел фитопатологии. Вирусология занимает важное место в биологии и медицине, так как вирусные болезни широко распространены у человека, животных и растений; кроме того, вирусы служат моделями, на которых изучаются основные проблемы генетики и молекулярной биологии.

В методическом отношении Вирусология существенно отличается от микробиологии, так как вирусы не удаётся культивировать на искусственных питательных средах. Для опытов с вирусами приходится использовать чувствительных к ним животных и растения, куриные эмбрионы и изолированные ткани. Успехи Вирусологии зависели, прежде всего, от разработки удобного метода культивирования вирусов. Так, изучение вируса гриппа продвинулось вперёд, когда определили, что к этому вирусу чувствительны хорьки и белые мыши. В изучении вирусов полиомиелита и кори, а также в создании предохранительных вакцин против этих болезней решающее значение имело культивирование вирусов в изолированных тканях обезьян и человека. Для количественного учёта вируса и динамики его размножения применяют различные методы титрования. Важнейшие из них основаны на том, что вирус, размножаясь в клетках, вызывает видимые простым глазом поражения. Бактериальные вирусы титруют по числу стерильных пятен, вирусы растений — по числу некрозов на зараженном вирусом листе, вирусы животных и человека — на однослойных культурах тканей. Впервые химическим путём был очищен вирус мозаичной болезни табака. Создание ультрацентрифуг облегчило концентрацию вирусов и определение массы вирусных частиц. Фракционированное или градиентное центрифугирование в растворах сахарозы или солей металлов дало возможность «рассортировать» вирусные частицы, так как даже при незначительном различии их веса они распределяются слоями на разных уровнях раствора. Этот метод сыграл большую роль в изучении стадий размножения вирусов. Для изучения физиологических условий размножения вирусов предложен метод метаболитов и антиметаболитов, которым стали определять, как влияют на размножение вируса вещества, стимулирующие или подавляющие отдельные биохимические процессы.

Применение изотопов, в том числе радиоактивных позволило проследить, из каких источников черпает вирус вещества для построения своего тела. Отдельные этапы размножения вируса изучают в бесклеточных препаратах, содержащих, кроме вируса Рибосомы, ферменты клетки и вещества, нужные для построения белков и нуклеиновых кислот. Электронная микроскопия позволила увидеть вирусные частицы, а возможность приготовлять ультратонкие срезы — изучать развитие вируса в тканях. Вирусология тесно связана с морфологией и физиологией клеток, так как для вирусов клетки являются средой обитания; с другой стороны, размеры вирусных частиц близки к размерам крупных молекул, и это даёт возможность изучать их методами, применяемыми к молекулам, в том числе рентгеноструктурного анализа. Основные проблемы современной Вирусологии — это систематика вирусов и химиотерапия вирусных заболеваний, а также вопросы, связанные с генетикой и молекулярной биологией. Дальнейший прогресс Вирусологии, и в частности изучение структуры, физиологии, биохимии и генетики вирусов, зависел от получения их в концентрированном и очищенном виде и был связан с внедрением новых физико-химических методов исследования: дифференциального и градиентного центрифугирования, молекулярно-адсорбционной и ионообменной хроматографии, электрофореза на бумаге и в полиакриламидном геле, радиоактивных изотопов и ряда других.

Быстрый прогресс Вирусологии был обусловлен применением электронных микроскопов с высокой разрешающей способностью, в сочетании с методами оттенения и двойного оттенения, ультратонких срезов, позитивного и негативного контрастирования, а также авторадиографии, цитохимических и иммунохимических методов исследования. Использование комплекса перечисленных методов позволило изучить структурную организацию вирионов различных вирусов, предложить новую классификацию вирусов, основанную на их строении и биохимическом составе, изучить закономерности репродукции вирусов и определить детали их онтогенеза, охарактеризовать основные параметры субвирусных компонентов, начать углубленные исследования по генетике вирусов и приступить к разработке рациональных подходов к химиотерапии вирусных инфекций. Развитие Вирусологии способствовало изучению и решению общебиологических проблем: доказательству генетической функции нуклеиновых кислот, расшифровке генетического кода, пониманию важнейших механизмов регуляции синтеза клеточных макромолекул, установлению передачи информации от клетки к клетке. Практическое здравоохранение получило ряд надежных вакцин для специфической профилактики не только оспы, что было известно еще задолго до рождения Вирусологии как науки, но и желтой лихорадки, полиомиелита, кори; появились новые средства для неспецифического воздействия на вирусные инфекции, в том числе интерферон.

Основные направления современной вирусологии

Основные направления современной общей и медицинской вирусологии включает дальнейшее изучение тонкой структуры вирусов, их биохимии и генетики, репликации вирусных нуклеиновых кислот, взаимодействия вируса с клеткой, углубленное изучение противовирусного иммунитета, совершенствование методов выделения вирусов и диагностики вирусных заболеваний, разработка основ химиотерапии и химиопрофилактики вирусных инфекций; изучение экологии вирусов, разработка более совершенных методов профилактики, поиски и испытание препаратов для лечения вирусных заболеваний. Особое внимание будет сосредоточено на изучении вирусов, вызывающих неопластические процессы, а также латентных вирусных инфекций и скрытого вирусного носительства, поисках возбудителей инфекционного и сывороточного гепатита, разработке профилактики гриппа.

Развитие Вирусологии привело к открытию новых вирусов, количество которых быстро возрастало, в связи с чем создавались коллекции вирусов — музеи, где хранились вирусы, выделенные как в данной стране, так и полученные из других стран. Наиболее крупные коллекции вирусов находятся в Москве (НИИ вирусологии имени Д. И. Ивановского РАМН); в Вашингтоне — коллекция вирусов и риккетсий; в Праге (Институт эпидемиологии и микробиологии); в Токио, коллекция культур микроорганизмов; в Лондоне, каталог национальной коллекции типовых культур; в Лозанне (Международный центр живых культур) где имеется международный каталог вирусов.

Литература

• Вирусология / Альтштейн А. Д. // Великий князь — Восходящий узел орбиты [Электронный ресурс]. — 2006. — С. 374—376. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 5). — ISBN 5-85270-334-6.
• Вирусология / Большая советская энциклопедия // Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 5: Вешин-Газли. — 1971. — 640 с.
• Вирусология / Большая медицинская энциклопедия // гл. ред. акад. Б. В. Петровский ; [Акад. мед. наук СССР]. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 4: Валин - Гамбия. — 1976. — 576 с.
• Вирусология / В. М. Жданов, С. Я. Гайдамович. — Москва : Медицина, 1966. — 480 с.
• Учение о вирусах: (Общая вирусология). — Москва : Медгиз, 1956. — 316 с.
• Хронические вирусные инфекции и их моделирование / В. И. Гаврилов, Б. Ф. Семенов, В. М. Жданов ; Акад. мед. наук СССР. — Москва : Медицина, 1974. — 223 с.