Роль вирусологии на современном этапе

Роль вирусологии на современном этапе

У большинства людей термин «вирус» чаще всего ассоциируется с угрозой или опасностью. Поэтому, давайте выясним, что же такое вирусы и какую роль они играют в нашей жизни.

Название «вирус» происходит от латинского слова «virus», которое обычно переводится как «яд» или «слизь». Но существуют и другие варианты перевода, например – «отвратительный запах», «острый вкус», «горечь», и даже – «сперма животных».

Подобно вариациям с переводом, термин «вирус» имеет множество определений. С одной стороны, вирус – это микроскопическая частица, состоящая из белков (иногда – липидов) и нуклеиновых кислот, которая способна инфицировать клетки живых организмов. Также вирус можно определить как неклеточную форму жизни, которая обладает собственным генетическим материалом (геномом) и способна к размножению в живых организмах.

Ещё одна трактовка: вирусы – внутриклеточные паразиты, которые не могут сами ничего синтезировать, и имеют, в зависимости от семейства, различные системы репликации и транскрипции. И это далеко не полный спектр определений, предложенных учёными для вируса.

Они играют определяющую роль в регуляции численности популяций некоторых видов живых организмов. В некоторых случаях вирусы образуют со своими хозяевами симбиоз. Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны Земли.

Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 32% состоит из вирусоподобных элементов и транспозонов. Так, в геноме высших приматов существует ген, кодирующий белок синцитин, который считают, был привнесен ретровирусом.

На данный момент вирусы являются одним из крупнейших живых хранилищ неисследованного генетического разнообразия на Земле.

В настоящее время вирусологию определяют как медико-биологическую науку, изучающую вирусы и субвирусные агенты (вироиды, сателлиты и прионы): их строение, генетику, систематику, эволюцию, их способы заражать и эксплуатировать клетку-хозяина для размножения, их взаимодействие с иммунитетом организма-хозяина, болезни, которые они вызывают, методы их выделения и культивирования, а также использование вирусов в научных исследованиях и терапии.

Вирусы могут быть классифицированы в соответствии с теми хозяевами, которых они поражают: вирусы животных, вирусы растений, вирусы бактерий и др.

Наиболее распространённой является классификация вирусов в соответствии с типом их генетического материала и способа размножения (репликации) в клетке-хозяине. Классификация вирусов обновляется каждые пять лет по решению Международного комитета по таксономии вирусов (МКТВ).

Этот комитет предлагает классифицировать все известные вирусы по четырём иерархическими уровнями: вид, род, семья (иногда подсемейство) и порядок. Сейчас реестр классифицированных вирусов и вироидов включает 3704 вида, входящих в состав 609 родов, 27 подсемейств, 111 семей и 7 порядков.

Основной причиной изучения вирусов является их реальная угроза для человечества. Вирусы являются причиной острых массовых инфекций, на их долю приходится 90% всех инфекционных заболеваний.

Только от острых кишечных и респираторных вирусных инфекций в мире погибает 10-14 млн. человек. Кроме того, вирусы могут быть причиной развития злокачественных заболеваний и вызвать обострение хронических болезней.

В медицинской практике установлено, что вирусы часто являются причиной внутриутробных патологий человека. Следует отметить особую актуальность проблемы так называемых «новых и вновь возникающих инфекций» (emergering-reemergering infections).

Сегодня известно более 2 тысяч различных болезней человека, спектр которых постоянно пополняется за счёт ранее неизвестных: вирусные лихорадки Ласса, Эбола, Марбург, Зика, ВИЧ-инфекция, ряд вирусных кишечных болезней, вирусные гепатиты C, D, E и G, хантавирусная легочный синдром, ТОРС-коронавирус, болезни нервной системы, вызванные прионами.

Одновременно расширение спектра вирусных болезней происходит за счёт установления природы заболеваний, которые ранее считались неинфекционными (хронические гепатиты, лимфома Беркитта, саркома Капоши, Т-клеточные лейкозы и другие опухоли). Некоторые вирусные варианты онкопатологий так же отнесли к инфекционным болезням.

Всего в онкологии выделено около 250 «специфических» вирусов. При этом доказана этиологическая связь между вирусами гепатита В, С и первичным раком печени, вирусом папилломы человека и раком шейки матки, герпесвирусом человека 8-го типа и саркомой Капоши, вирусом Эпштейна-Барр и лимфомой Беркитта, полиомавирусами клеток Меркеля и карциномой клеток Меркеля, и т.д.

Давно обсуждается вопрос об инфекционной природе некоторых психических расстройств. Сегодня доказано, что в структуре причин самоубийств определённое место занимает инфекционный фактор – вирус Борна.

Также определена вирусная природа многих аутоиммунных (рассеянный склероз, сахарный диабет I типа) и аллергических (сенная лихорадка) болезней человека и животных.

Не менее 300 известных вирусов способны вызывать пандемии (грипп А, оспа, ВИЧ-инфекция, полиомиелит), эпидемии (лихорадка денге, жёлтая лихорадка, Западного Нила, Эбола, Зика), эпидемические вспышки (гепатит Е, вирус Нипа и др.) и спорадические заболевания.

Способность вирусов вызывать смертоносные эпидемии среди людей порождает значительное беспокойство о том, что они могут быть использованы в качестве биологического оружия. Успешное воспроизведение вируса гриппа (пресловутой «испанки») в лаборатории вызвало дополнительные опасения по этому поводу.

Другим примером является вирус натуральной оспы. Официально образцы вируса натуральной оспы хранятся только в двух местах в мире – в лабораториях ГНТЦ «Вектор» (Кольцово, РФ) и Centers for Disease Control and Prevention (Атланта, США). Начиная с 1981 г. вакцинация против оспы больше не практикуется повсеместно, и поэтому большая часть современного населения Земли не имеет устойчивости к вирусу оспы.

Благодаря огромной потенциальной угрозе, которая кроется в вирусных инфекциях, их диагностика имеет большое значение. Но угрозы вирусных инфекций – это только одна из множества частей головоломки под названием «вирус». Учёные нашли и полезные свойства вирусов и научились применять их на благо человечества.

Вирусы имеют большое значение для исследований в молекулярной и клеточной биологии. Поскольку они являются простыми системами, их используют для управления и изучения функционирования клеток.

Например, вирусы применяются в генетических исследованиях. Именно благодаря изучению вирусов были описаны ключевые механизмы молекулярной генетики, такие как: репликация ДНК, транскрипция, процессинг РНК, трансляция, транспорт белков, функционирования рибозимов.

Вирусы могут быть использованы как векторы для введения нужных генов в исследуемые клетки. Это дает возможность заставить клетку производить необходимые чужеродные вещества и изучать последствия введения нового гена в геном. Весьма вероятно, что вирусы найдут широкое применение в генотерапии.

Аналогично, вирусы используются в виротерапии как векторы для лечения различных болезней, поскольку они избирательно действуют на клетки и ДНК. Уже сегодня вирусы используют в борьбе с онкозаболеваниями (для специфического «убийства» некоторых раковых клеток).

Кроме того, вирусы используют с диагностической целью, для лечения бактериальных болезней, для борьбы с насекомыми-вредителями, и даже для регуляции численности популяции нежелательных животных (например – ограничение численности кроликов в Австралии).

Современные нанотехнологии открывают новые широкие возможности применения вирусов. Благодаря своим малым размерам, форме и хорошо изученной химической структуре вирусы используются как «шаблоны» для организации материалов на нано уровне.

Многие вирусы могут быть получены de novo, то есть с нуля. Первый искусственный вирус был получен в 2002 году.

Несмотря на некоторые некорректные трактовки, синтезируется на самом деле не сам вирус, а его генетический материал. Эту технологию уже сегодня используют для разработки вакцин нового типа. Возможность создавать искусственные вирусы имеет большие перспективы, поскольку вирус не может «вымереть», пока известна его геномная последовательность и есть чувствительные к нему клетки.

Сегодня в свободном доступе в специализированных онлайновых базах данных опубликованы полные геномные последовательности 2408 различных вирусов (в том числе вируса натуральной оспы).

Вирусы являются самой распространенной формой существования органической материи на планете, оказывающей огромное влияние на другие формы жизни. Включая так называемых Homo sapiens, т.е. нас с вами. Их изучение и использование в интересах человечества – одна из важнейших задач для учёных.