Глава вторая. От сложного к простому: эволюция методов вирусологии

Здесь рассказывается об арсенале методов ви­русологии, о том, что такое «культура клеток» и как для исследования вирусов используются электронная микроскопия, ультрацентрифугирование и радиоактивные изотопы.

Метод определяет прогресс науки.
И.П. Павлов

Нет, я не ошибся в названии этой главы, так как методы вирусологии развивались именно так — от сложного к простому, а не наоборот. Сначала были разработаны методы исследований даже не вирусов как таковых, а следствия их деятельности, и лишь позднее, когда люди научились выделять вирусы в чистом виде, появилась возможность изучать причину — сами вирусы.

Небольшое отступление. Вначале вирусология считалась дочерью микробиологии, но вскоре обнаружилось, что микробиологическая техника лишь частично годится при работе с вирусами. Справедливости ради отметим, что такие общие подходы, как использование правил асептики, получение чистых линий, методы титрования и, наконец, вакцинация, послужили основой для развития вирусологии. Но для изучения вирусов этого оказалось явно недостаточно — необходимо было создать новые, оригинальные методы исследования.

Способность вирусов проходить через фарфоровые ультрафильтры, задерживающие все бактерии, стала использоваться для их очистки. Сверхмалые размеры вирусов потребовали разработки самых совершенных методов микроскопии, завершившихся созданием электронного микроскопа; изучение состава вирусов потребовало широкого использования арсенала химических методов. Наконец, неспособность вирусов размножаться на искусственных питательных средах явилась стимулом для разработки сложнейших питательных сред, пригодных для выращивания живых клеток.

Постепенно вирусология превратилась в отрасль знания, хорошо вооруженную технически и широко применяющую методы химии, микробиологии, цитологии, биофизики, генетики, молекулярной биологии и других биологических дисциплин. С исторической точки зрения в основу наших знаний о вирусах легли три методических периода: организменный, клеточный и молекулярный, которые соответствуют трем основным уровням биологического познания.

Период первый — организменный

Небольшое отступление. Ветхозаветный Адам, вкусив яблоко с Древа познания и впервые таким образом прикоснувшись к неведомому, практически не пользовался даже самыми примитивными методами, так как никаких приборов или инструментов у него не было. Предмет исследования оказался горьким, да и весь эксперимент прошел, мягко говоря, не очень удачно, хотя имел весьма далеко идущие последствия.

Оснащение древних лабораторий также не отличалось сложностью. Так, Архимеду для того, чтобы открыть закон, который на тысячи лет прославил его имя, потребовалась всего лишь наполненная водой ванна, а Ньютон, согласно легенде, для открытия закона всемирного тяготения обошелся, как и Адам, яблоком.

А в вирусологии все началось с доказательства возможности отделять вирусы от бактерий и других микроорганизмов с помощью фарфоровых фильтров. Как вы уже знаете, этот прием позволил Д.И. Ивановскому открыть вирусы. Вторым из открытых вирусов стал вирус ящура, поражавший крупный рогатый скот. Следуя методологии Д.И. Ивановского, ученые выделили этот вирус путем заражения здоровых телят фильтратами пораженных тканей больных. Телята заболевали ящуром и, по сути, сыграли роль первых экспериментальных животных.

Затем для открытия вирусов вирусологи стали использовать в качестве экспериментальных животных белых мышей, белых крыс, морских свинок, кроликов и других животных. Позже в качестве лабораторных животных стали использовать обезьян, что позволило открыть вирусы полиомиелита, желтой лихорадки, лихорадки Денге и других.

Переходным мостиком между организменным и клеточным уровнями познания вирусов оказались — не удивляйтесь! — такие оригинальные животные, как куриные эмбрионы. Это обеспечило серьезный прогресс вирусологии (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Куриный эмбрион

Для работы обычно используют 10–12-дневные куриные зародыши, у которых к этому время уже достаточно хорошо развиты хорион-аллантоисная и амниотическая оболочки. Использование куриных эмбрионов позволило открыть около 40 новых вирусов человека, в том числе вирусы бешенства, желтой лихорадки, кори, эпидемического паротита, гриппа и многих других.

Интересна возможность получения на куриных эмбрионах больших количеств вирусов гриппа. Это позволило исследовать их химический состав, изучить динамику размножения и даже создать первые, пусть еще и далекие от совершенства противогриппозные вакцины.

С куриными эмбрионами связаны еще два замечательных события вирусологии. Первое — в 1937 г. они были использованы для получения эффективной вакцины против страшного заболевания — желтой лихорадки. Второе — в 1957 г. с помощью куриных эмбрионов были открыты интерфероны (ИФН) — замечательные белки, защищающие организм от вирусов.

Период второй — клеточный

Если бактерии, простейшие и грибки легко выращиваются на искусственных питательных средах, то эта «пища» совершенно не годится для вирусов, которые отказываются размножаться даже на самых сложных по своему составу питательных средах, пригодных для бактерий, — им подавай цветущие живые клетки. Именно поэтому второй период развития вирусологии был связан с переходом исследований с организменного на клеточный уровень. Не очень понятное для неспециалистов словосочетание «культура клеток» означает на самом деле живые клетки организма, способные активно размножаться «в пробирке».