Господин Свещаров
Биология за всички (2)

Вируси с бактериен произход

Човекът и вирусът са отдавнашни врагове. Хилядолетия преди нашата ера хората са боледували от същите вирусни болести, които са известни и на нашето поколение. Болести като полиомиелит (детски паралич), грип, хепатит (жълтеница), херпес, заушка, вариола (едра шарка), морбили, бяс и десетки други са резултат все на вирусни инфекции. Вирусите унищожават цели реколти с културни растения, причиняват тежки болести и смърт сред домашните животни, а бактериофагите — особени видове вируси — атакуват и напълно разрушават и бактериите (фиг. 1.).

Фиг.1. Електронномикроскопска снимка на вирусите на тютюневата мозайка.

Ако разтворим пожълтелите страници на историята ще прочетем:

„През 165 година император Марк Аврелий пристигнал със своите легиони в Месопотамия, за да усмири бунта на гордите партяни. Една нощ обаче силна уплаха и безпокойство обзели пратениците на римските патриции — тежка болест с неимоверна бързина косяла редиците на римляните. Цялото тяло на разболелите се войници било покрито с безброй едри гнойни пъпки. Страшна отпадналост, главоболие и повръщане ги приковали към постелите. Голяма част от тях се мятали и бълнували или били в безсъзнание. Болните умирали масово. Започнало незабавно отстъпление, но оттеглящите се войници из целия път до Рим разнасяли черната зараза. Болестта не пощадила и Марк Аврелий.“

Тази страшна болест била вариола, или черна азиатска шарка. Тя е била известна от най-дълбока древност. От нея са загинали цели полкове на Александър Велики. От вариола най-много са страдали китайци и индуси. Тази шарка е била известна и в Египет, Арабия, Средна Азия, а през VI в. е била пренесена в цяла Европа, където в продължение на дълги години е вземала десетки хиляди жертви. Не са били пощадени видни личности, като Людовик XIV, Людовик XV, Петър I, Кайзер Йосиф I, принцеса Стюарт и много други.

През април 1918 г., когато Първата световна война била към края си, в пристанището Бретан (Франция) пристигнала с параход от САЩ подкрепа на американските войски. Но още щом стъпили на брега, новопристигналите войници били повалени на легло. Силна треска, болка в мускулите, ставите и костите измъчвала бойците. Всички имали затруднено дишане и силно главоболие, чувствували голяма отпадналост. Смъртта покосила 90 процента от заболелите.

Новата болест благодарение на разотиващите се по домовете си демобилизирани войници се разнесла с бързината на мълния из Европа, Азия, Африка, Нова Зеландия, Австралия и Канарските острови. В течение на две години заболели 550 милиона души, като 20 милиона от тях умрели. Болестта взела пет пъти повече жертви отколкото войната.

Тази страшна болест, отнела живота на милиони човешки същества и наречена тогава „испанска болест“ (само заради това, че всички сведения за болестта по това време идвали от неутрална Испания), се оказала грип. Болест, която също от най-дълбока древност е вземала големи човешки жертви и която днес съвсем неправилно смятаме за „лека“.

Вирусите поставиха пред човешкия разум едни от най-трудните за разрешаване проблеми. Затова толкова сложен път трябваше да извърви младата наука вирусология, докато успее да докаже кои точно свойства на вирусите им позволяват да поразяват смъртоносно всяко живо същество на нашата планета. Благодарение на упорити, продължителни изследвания с помощта на съвременна лабораторна апаратура и най-вече на електронния микроскоп, който увеличава обектите стотици хиляди пъти, учените установиха, че вирусите, тези доскоро неуловими „същества“, представляват комплекси от гигантски органични молекули. Те са по-малки от най-малкия микроорганизъм и по-големи от най-голямата химична молекула.

През тридесетте години на нашия век, използувайки сложни и остроумни методи, биохимиците успяха да докажат, че вирусите са комплекс на белтъци с нуклеинови киселини — т.нар. нуклеопротеиди. Едни от тях, каквито са растителните вируси например, съдържат в молекулата си само РНК (рибонуклеинова киселина), тези на животните — ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) или РНК, а бактериофагите — в повечето случаи само ДНК. Природата добре се е погрижила да защити вирусите: скрили зад плътната белтъчна обвивка наследствения си материал, те сполучливо могат да бъдат оприличени на средновековни рицари, спотаени зад дебелите стени на своите замъци.

В края на 50-те години на нашия век беше доказано, че инфекциозната съставка на вирусите са нуклеиновите киселини. През 1959 г. носителят на Нобелова награда Херши съобщи, че фагната инфекция в бактерийните клетки се причинява от ДНК. Тази гигантска молекула, която в живите клетки се съдържа предимно в ядрата, е тънка нишка с извънредно малко напречно сечение — около 20 Å (1 ангстрьом е равен на 1/10 част от милимикрона). Тя има форма на извита около дългата си ос стълба. Чрез последователно редуване на химичните съединения, които я съставят, в тази молекула е записана информация с колосален размер. Именно тук са „запечатани“ не само схемите, по които се изгражда всеки жив организъм от най-простия до най-сложния (т.нар. „генетичен код“), но и дори моделите на съединенията, необходими за съществуването на всяка клетка. Румънският учен Портокала показа, че изолирана от вируса на грипа РНК, също предизвиква заболяване на заразени клетки. Така беше доказано, че вирусите са абсолютни вътрешноклетъчни паразити. Когато те установят контакт с онези живи клетки, към които целият им ензимен апарат е нагоден да реагира, моментално се задействуват сложни биохимични механизми, позволяващи на вируса да навлезе в клетката.

Проникнал в клетката, вирусът започва да й диктува изпълнението на своята собствена програма. С помощта на всички клетъчни запаси той многократно възпроизвежда точни копия от нуклеиновата си киселина. Същевременно клетъчните „фабрики“ за белтъчна биосинтеза — рибозомите — усилено произвеждат белтъчните обвивки на „новородените“ вируси. Превърнала се в цех за производство на нови вируси, нападнатата клетка бързо изчерпва резервните си вещества и след кратко време загива. Ето как, веднъж попаднал в специфична за него среда — чужд организъм, вирусът го превръща безмилостно в арена на своята унищожителна дейност, на която той често няма сериозен противник (фиг. 2).

Фиг.2. Електронномикроскопска снимка на вируси (фаги), размножили се в бактерия.

В наши дни вирусите все още продължават да предизвикват горещи спорове сред учените и дискусии по въпроса, дали тези убийци на клетките са живи същества. Голяма част от изследователите са на мнение, че макар при вирусите да липсват основните и най-важните свойства на живата материя, като например способност за самостоятелна обмяна на веществата и възможност за самостоятелно придвижване и растеж, те все пак притежават важното свойство на живата материя — способността да се самовъзпроизвеждат. Според други това са „същества“, притежаващи много от свойствата на кристалите и затова се намират на границата между живото и неживото.

Една от най-вълнуващите проблеми около вирусите е тази за техния произход — как са се появили и приспособили към свойствения им паразитен начин на живот?

По тази проблема мненията на учените са разделени. Според едни вирусите са се появили в определен етап от еволюцията на живата материя, когато се е обособил механизмът за образуване на идентични и същевременно специфични белтъчни молекули, функциониращ с участието на нуклеиновите киселини. Този именно процес впоследствие е довел до неминуемо обособяване на клетките. От друга страна, днешните вируси не съдържат в молекулите си нищо друго, освен генетична информация, заложена в молекулите на ДНК или РНК, които са обвити с белтък. А цялата вирусна частица (или още вирион) може да се оприличи на един комплекс от гени, способен да се придвижва — също като особен род блуждаещи хромозоми (фиг. 3). В простата организация на вирусите някои биолози виждат доказателство за това, че вирусите са продукт на забавена еволюция или, с други думи, те са съвременни потомци на първичните и най-примитивни същества (протобионти).

Фиг.3. Електронномикроскопска снимка на вирусите на едрата шарка.

Въз основа на изложеното може да се направи и друг извод: тъй като, за да се размножават, на вирусите са необходими клетки с всичките им сложни биологични системи, те не могат да се отъждествяват с първичните форми на живот. От това следва да се допусне, че вирусите някога са били някакви по-сложно устроени биологични системи.

В доказателство на последното предположение съвсем неотдавна изследователи от Пастьоровия институт в Париж и от Новосибирския медицински институт привеждат интересни факти. Те са сравнили вирусите с бактерии, които са много по-високо организирана жива материя. Така например постоянните обитатели на водите — камшичестите бактерии от рода Каулобактер — нападат и убиват други бактерии по начин, твърде сходен с този, по който бактериофагите навлизат в тялото на бактериите. Освен това по външен вид бактериите от род Каулобактер твърде много приличат на фагите — в единия си край имат израстък (камшиче), завършващ с 6 тънки нишки. Единствената разлика е в начина на проникване в избраната жертва — бактериална клетка: докато фагът впръсква в бактерията само генетичния си материал (ДНК или РНК), бактерията от род Каулобактер навлиза в него цяла и използувайки резервите на бактерийната цитоплазма, започва активно да се размножава.

Тези няколко сходни белега между фагите и представителите на паразитния род Каулобактер са накарали учените да направят примамливото предположение, че може би бактерийните вируси са произлезли от някои хищни видове бактерии. В процеса на една регресивна еволюция те са могли да си изработят и усъвършенствуват още по-фин и ефективен механизъм за паразитиране, тъй че днешните бактериофаги е достатъчно само да „инжектират“ наследствения си материал в бактерията.

Въпреки описаното очевидно сходство учените се въздържат да правят сериозни теоретични заключения, тъй като това предположение е направено въз основа на чисто морфологични аналогии и еднакъв механизъм на поведение. За да бъде доказано окончателно, ще бъдат необходими още много и задълбочени изследвания в това направление.

Безспорно вирусите са едни от най-интересните създания на природата. Чрез тях днес учените се мъчат да хвърлят светлина върху еволюцията на организмовия свят на нашата планета. Те са отличен генетичен модел за изучаване наследствеността на организмите и пак с тяхна помощ учените се надяват да разрешат основни проблеми на злокачественото израждане на клетките.

Неслучайно сега вниманието на големите научноизследователски колективи от биохимици, генетици, имунолози и пр. е приковано към света на победените и непобедените, привлекателно красиви и опасни същества, намиращи се на границата на живота.