Реферат: История вирусологии
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биологический факультет
ИСТОРИЯ ВИРУСОЛОГИИ.
Реферат студента 3 курса 6 группы КОВАЛЬЧУКА К.В.Минск 2003г.
Первые упоминания овирусных болезнях людей и животных встречаются в дошедших до нас письменныхисточниках древних народов. В них, в частности, содержатся сведения обэпизоотиях бешенства у волков, шакалов и собак и полиомиелите в Древнем Египте(II-IIIтыс. лет до н. э.). О натуральной оспе было известно в Китае за тысячу лет до нашейэры. Давнюю историю имеет также желтаялихорадка, на протяжении столетий косившая белых первопроходцев в тропическойАфрике и моряков. Первые описания вирусных болезней у растений относятся кживописной пестролепестности тюльпанов, которые уже около 500 лет выращиваютголландские цветоводы.
Началом становления вирусологии как науки можносчитать конец XIXвека. В 80-хгодах XIXвека, работая над созданием вакцины противбешенства, Луи Пастер (1822-1895) впервые применилтермин вирус (от лат.virus, яд) дляобозначения инфекционного агента. Пастер был первым, кто начал использоватьлабораторных животных в работах по изучению вируса. Он проводил исследования поинокуляции материала, полученного отбольных бешенством, в мозг кролика. Однако Пастер не делал различия между вирусами как таковыми идругими инфекционными агентами.
Первым, ктовыделил вирусов как конкретную группу инфекционных агентов, был русский учёный Дмитрий Иванович Ивановский(1864-1920). В 1892 году в результате проведённых исследований Д.И.Ивановский пришёл к выводу, что мозаичная болезньтабака вызывается бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана,которые кроме того не способны расти наискусственных субстратах. Представленные данные о возбудителе табачной мозаики(ВТМ) затем длительное время являлись критериями для отнесения возбудителейболезней к «вирусам»: фильтруемость через «бактериальные» фильтры,неспособность расти на искусственных средах, воспроизведения картинызаболевания фильтратом, освобожденным от бактерий и грибов.
В 1898 году Мартин Бейеринк(1851-1931) подтвердил и расширил исследования Ивановского над ВТМ исформулировал первую полноценную теориюо вирусах как о новом классе микроорганизмов и возбудителей. Несмотря на то,что многиезарубежные ученые приписывали ему честь открывателя вирусов,Бейеринкпризнал приоритет Ивановского.
Фильтруя черезбактериологические свечи патологический материал, взятый от больных людей иживотных, в котором с помощью светового микроскопа не удавалось обнаружитькаких-либо патогенных бактерий и грибов, микробиологи и врачи в считанные годыустановили вирусную этиологию многих антропонозных и зоонозных болезней. Так,уже в 1898 году Ф.Лефлер и П.Фрошустановили фильтруемость возбудителями ящура коров. Таким образом, они былипервыми, кто показал, что вирусы могут поражать не только растения, но иживотных. Это первое открытие вируснойприроды широко распространенной и очень опасной зоонозной болезни парнокопытныхпозволило признать, что описанные в 1892-1906 гг. автономные элементарныетельца Э. Пашена и цитоплазматические включения Г.Гуарниери в эпителиальных клетках содержимого везикул ипустул (пузырьков) при натуральной оспе человека тоже вирусы – вне- ивнутриклеточно располагающиеся, обособленные и сгруппированные в колонии. Такиеже включения-колонии вирусов обнаружили в 1898-1903 гг. В.Бабеши А.Негри в цитоплазме нейронов мозга погибших отбешенства животных.
Серия открытий новых вирусов пришлась на первоедесятилетие XX века. Началась она с исследований УолтераРида (1851-1902), установившего в 1901 г. вирусную природу тропической желтойлихорадки. Рид руководил исследованиями, проводимыми Военной комиссии США пожёлтой лихорадке. В ходе них было установлено, что вирус жёлтой лихорадкиприсутствует в крови больного в течение первых трёх дней лихорадки и что вирусможет передаваться при укусе комара; таким образом, впервые было показано, чтовирусы может передаваться насекомыми. Кроме того, было выявлено, что прежде чемкомар приобретает способность передавать инфекцию, должно пройти определённоевремя. Так появилось представление о внешнем инкубационном периоде.
Семь летспустя было доказано, что вирусными болезнями являются также полиомиелит (К. Ландштейнер и Э. Поппер), денге (П. Ашберии Ч. Крейч) и лейкоз кур (В. Эллермани О. Банг), который в то время считали простым«системным разрастанием кроветворной ткани». Через 3 года в 1911 г. Фрэнсис Раус (1879-1970) , использовав все тот же метод фильтрациивытяжки тканей саркомы кур, привел неопровержимые доказательства наличия в нейонкогенного вируса, способного вызывать аналогичную опухоль у здоровых птиц.Это великое открытие было отмечено Нобелевской премией только спустя 55 лет в1966 году. Благодаря исследованиям X. Арагана и ЭПашен (1911-1917) была признана вирусная природа ветряной оспы, при которой вкожных высыпаниях закономерно выявляются элементарные тельца Арагана. Одновременно с ними Т. Андерсони Дж. Гольдберг (1911) установили вирусную этиологию кори.
В 1915 г. Фредериком Туортом(1877-1950) были открыты вирусы бактерий. В 1917 г. независимо от него вирусыбактерий были открыты Феликсом Д’Эрелем (1873-1949),он же ввёл термин ‘бактериофаг.
Вторая волна продолжающихся открытий вирусовантропонозных болезней приходится на 30-е гг. прошлого века. В 1933 году У.Смит, К.Эндрюс и П.Лейдлоу установили, что грипп вызывается не бактерией(Bacterium influenzae), а вирусом (ортомиксовирусом).К началу Второй мировой войны к вирусным болезням были причислены эпидемическийпаротит (К.Джонсон и Э.Гудпасчур, 1934), японский летне-осенний комариныйэнцефалит (М.Хаяши и А.С.Смородинцев,1934-1938), дальневосточный клещевой весенне-летний энцефалит (Л.А.Зильбер,М.П.Чумаков, В. Д. Соловьев и др., 1937), краснуха (Дж. Хиро, С. Тасака, 1938).Предположение о вирусной этиологии гепатитов высказали в 1937 г. Г. Финдли и Ф. Мак-Каллум,подтвердили его в экспериментах на обезьянах и людях-добровольцах в 1943-1944гг. Д. Камерон, Ф. Мак-Каллум и В. Хавенс.
Первый шаг в направленииописания молекулярной структуры вирусов был сделан в 1935 году, когда В.Стенли получил кристаллы вируса тобачной мозаики(Нобелевской премия, 1946). Детально изучить тонкую структуру вирусов сталовозможно в 50-60 гг. после усовершенствования электронного микроскопа.
В 1938 г. М.Тэйлор (M. Theiler, 1899-1972)получил ослабленную живую вакцину против жёлтойлихорадки (Нобелевская премия, 1951). Разработанная вакцина оказалась такойнадёжной и эффективной, что используется до сегодняшнего дня. Она спасламиллионы жизней и послужила моделью для разработки многих последующих вакцин.Кроме того, Тейлор усовершенствовал и ввёл в систему использование в качествевосприимчивых животных-хозяев мышей. Развитие его подхода в конечном итогепривело к получению других вирусов, причём кульминацией в этом цикле работстало выделение Далдорфом и Сайклзомв 1948 г. группы вирусов эпидемической миалгии на мышах-сосунках. В начале тридцатых годовкроме мышей стали использовать также куриные эмбрионы, т.е. появился ещё одинисточник тканей, чувствительных к заражению вирусами и способных поддерживатьих размножение, особенно подходящий для группы поксвирусов.
По мере того какпоявлялись и совершенствовались все эти экспериментальные системы, развивалиськоличественные методы исследований. К ним относится тестирование на людяхлимфы, содержащей вирус осповакцины, которое началипроводить с 1920 л., а также методы определения других вирусов, разработанныепосле появления работы Гарви и Актонас вирусом бешенства в 1923 г. однако первый точный и быстрый метод подсчётаэукариотических вирусов был разработан только в 1941 г., когда Хирст (G.Hirst) продемонстрировал, что вирус гриппа вызываетагглютинацию эритроцитов.
Развитие вирусологииочень сильно зависело от разработки метода культур клеток, которые сначалапоявились в конце 20-х годов, а затем в 40-х годах были применены дляисследования вирусов энцефалитов. В 1949 г. в ключевом эксперименте Эндерса, Уеллера и Роббинса было показано, что культуры клеток способныподдерживать рост вируса полиомиелита (Нобелевская премия, 1954). Это открытиевозвестило о приходе эры современной вирусологии и послужило толчком к рядуисследований, которые в конечном итоге привели к выделению многих вирусов,вызывающих серьёзные заболевания у человека. В 50-е и 60-е годы были выделеныряд энтеровирусов (Коксаки, ECHO)и респираторных (адено-, респираторно-синцитального) вирусов, что привело ктому, что были установлены причины большого числа болезней, вирусноепроисхождение которых до того момента лишь предполагали. Так, например, в 1953году Блумберг открыл вирус гепатита B (Нобелевская премия, 1976) и создалпротив него первую вакцину. Параллельно с этими медицинскими исследованиямипосле 1952 г., когда Дульбекко применил к вирусамживотных метод бляшек (Нобелевская премия, 1975), в количественную вирусологиювошли системы культур тканей. Метод бляшек был прямым продолжениемисследований, проводившихся на бактериях и бактериофагах.
Открытие бактериофаговбыло оценено лишь в конце 30-х годов, когда группа учёных заняласьисследованием бактериофагов, используя их как удобную модель для изучениявзаимодействия вирус-клетка в точных генетических и биохимических терминах. В1939 Э. Эллис и М. Дельбрюк выдвинули концепцию 'одноэтапного цикла роставируса’ ("onestepvirusgrowthcycle") (Нобелевскаяпремия, 1969). Эта работа заложила основы для понимания характера репродукциивирусов – понимания того, что вирусные частицы не ‘растут’, а собираются изобразованных до сборки компонентов. В 1945 г. С.Лурияи А. Херши продемонстрировали, что бактериофагиспособны мутировать (Нобелевская премия, 1969). Так было доказано, чтогенетические механизмы генетических процессов одинаковы у клеточных организмови у вирусов. Также эта работа заложила основу для понимания антигенной изменчивостивирусов.
В 1950 г. А.Львов с сотрудниками открыл в Bacillusmegateriumлизогенный бактериофаг иввёл термин профаг (Нобелевская премия, 1965), Таким образом выяснилось, чтосуществуют умеренные и вирулентные фаги. Эта работа привела к исследованиям контроля экспрессии генов впрокариотических организмах, вылившихся в конце концов в концепцию оперона Жакоба и Моно. В 1952 г. А.Хершии М.Чейз показали, что генетический материал бактериофагов представлен ДНК.
Все эти исследованияфагов находились в центре той революции в биологии, которая привела квозникновению молекулярной биологии. Если до сих пор в классическихгенетических работах биохимические приёмы не использовались, то именноприменение бактериофагов в качестве генетического инструмента позволилообъединить генетику и биохимию в молекулярную биологию. После открытияструктуры ДНК в 50-х годах бактериофаги неоднократно играли ключевую роль вразработке новых представлений и методов для изучения организации генома,генетического кода, процессов транскрипции и трансляции. Так, в 1961 году Бренер, Жакоб и Мезельсонпродемонстрировали, что бактериофаг T4 использует длясинтеза вирусных белков рибосомы клетки-хозяина, что помогло расшифроватьфундаментальный механизм процесса трансляции. В 1967 году Пташне(Ptashne)выделил и изучил белок-репрессор фага λ. Существование репрессорных белков было сначалапостулировано Жакобом и Моно. Работы Пташне и Гилберта (открытие lacI репрессора E.coli) показали, что репрессорныебелки являются ключевыми элементами в регуляции экспрессии генов. В 1975 году Мосс, Шаткин (Shatkin) работая среовирусами и вирусом коровьей оспы показали, что мРНК содержит на 5΄конце кэп. В последующем кэпы былиобнаружены у мРНК эукариот.
Важные длямолекулярной биологии открытия были сделаны также при использовании в качествеобъектов исследований вирусов животных. Так в 1970 году Тёмини Балтимор независимо друг от друга открыли у ретровирусов обратнуютранскриптазу (Нобелевская премия, 1975), способную осуществлять синтез ДНК на РНК-матрице, что послужило опровержением так называемой‘центральной догмы’ молекулярной биологии. В 1976 году Бишопи Вармус обнаружили, что онкоген src вируса саркомы Рауса присутствует также в геномах нормальных клетокживотных, в том числе человека (Нобелевская премия, 1989). В 1977 году Робертс и Шарп независимо друг от друга показали прерывистуюструктуру генов аденовирусов (наличие интронов) и сплайсинг (Нобелевскаяпремия, 1993). В последующем прерывистость структуры была продемонстрирована дляклеточных генов.
Как уже упоминалось, в 50-60 гг. было открыто большоеколичество вирусов как эукариотических, так и прокариотических организмов. Кконцу 60-х уже было открыто порядка 500 вирусов человека и животных, более 300вирусов растений, а также множество вирусов насекомых и бактериофагов.
В 50-60 гг. также проводились исследования по изучениюнетипичных вирусных агентов. В 1957 году Гайдушек (Gajdusek)предположил, что болезнь куру вызывается одним из вирусов медленных инфекций(Нобелевская премия, 1976). Он показал, что протекание болезни куру похоже наскрейпи, что куру можно передать шимпанзе и агент, вызывающий заболевание не является типичным вирусом. Однакотолько в 1982 году была выявлена природа вирусов медленных инфекций ("slowvirus"), когда Прузинер продемонстрировал, что скрейпи вызываетсяинфекционными белками, названными им прионами (англ, proteinaceus infections particle) (Нобелевская премия, 1997). В 1967году Дайнероткрыл вироиды, инфекционные агенты представляющие собой «голые» суперспирализованные кольцевыемолекулы РНК, вызывающие заболевания у растений.
В последующие годысписок известных вирусов ещё немного пополнился: в 1981 году выделенвирус лейкемии Т-лимфоцитов человека – первый вирус, для которого быладостоверно установлена способность вызывать рак у человека; в 1983 году Монтанье и Галло выделили вирусиммунодефицита человека, вызывающего СПИД; в 1989 году выделен вирус гепатитаС; в 1994 году выделен герпесвирусчеловека 8 (HHV-8),вызывающий саркому Капоши. Тем временем природа чутьне лишилась одного из своих творений: в 1979 году было официально объявлено обискоренении вируса оспы; последний случай заболевания был зарегистрирован двумягодами ранее в Сомали. Первоначально предполагалось также полностью уничтожитьи лабораторные штаммы вируса после завершения секвенирования его генома, однакозатем решение было отложено.
Между темвирусы продолжали оставаться важнейшими объектами при проведениимолекулярно-генетических исследований. В 1972 г. Берг создал первые рекомбинантныемолекулы ДНК, построенные на основе кольцевого ДНК-геномавируса SV40 с включением генов фага λи галактозного оперона E.coli(Нобелевская премия, 1975). Эта работа дала началотехнологии рекомбинантных ДНК. В 1977 стала известна первая полная нуклеотиднаяпоследовательность генома биологического объекта: Сэнгерс сотрудниками определили нуклеотидную последовательность генома фага ØX174 (5375 нуклеотидов)(Нобелевская премия, 1980). В 1985 году в продажу поступил первый коммерческийгенетически модифицированный организм: модифицированный вирус коровьей оспы длявакцинации против свиного герпеса (псевдобешенства).В 1990 году была осуществлена первая успешная попытка применения генотерапии вклинической практике: ребёнку, страдающему тяжёлым комбинированнымиммунодефицитом, заболеванием связанным с дефектом гена аденозиндезаминидазы,была введена нормальная копия гена с использованием вектора, построенного наоснове генома ретровируса.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Вирусология / Под.ред. Б.Филдса, Д.Найпа: В 3 т.-М.: Мир, 1989.
2. Павлович С.А. / Основы вирусологии.- Минск, Вышэйшаяшкола, 2001.
3. Alan J. Cann / Principles of molecularvirology. Academic Press, 2000.