Что такое вирусы, откуда они взялись, как их изучают?

Глава первая. Вирус - кто или что?

Еще не начав работать над книгой, а только задумывая ее, мы знали, что придется спорить по многим важным вопросам. Тем не менее в заглавии на первое место поставили "Размышления"... И это верно: книга написана вовсе не для выяснения, кто же из нас прав - это можно установить (если, правда, сегодня возможно подобное в принципе) и без многотысячной армии свидетелей. Итак, мы собирались сперва вместе с вами, уважаемые читатели, поразмышлять над тем, что уже известно, и только затем перейти к спорам.

Однако у книги, даже если это не роман или повесть (о том, что они живут собственной жизнью, подчас неподвластной автору, все наслышаны), оказывается, тоже есть свои требования к логике построения. И она, книга, не "захотела" начинаться с размышлений, а потребовала от нас именно спора, причем сразу же и по самому главному вопросу: вирус - существо или вещество?

Мы пытались "протестовать" (доказательством чему может служить предыдущий вариант рукописи, в котором глава с этим названием значилась под номером шесть), но тщетно... Пришлось пойти на уступки и фактически начать книгу с этого вопроса. И уже с первых страниц начать спор. Потому что один из нас, Вл. Солоухин, утверждает, что вирусы - вещества, а другой - Д. Голубев, не менее категорично отстаивает противоположную точку зрения.

Конечно, не мы одни спорим по этому поводу. Каждая из гипотез имеет определенное (сказать точнее не можем - как их сосчитать?) число сторонников и оппонентов, каждая позиция базируется на результатах исследований многих ученых и располагает более или менее убедительными аргументами.

И еще. Сегодня ответа на заданный в заголовке вопрос нет. Нет ни у кого в мире. И никто не знает, когда он появится. Без него же, согласитесь, как-то неуютно. Представляете: тысячи ученых, сотни институтов мира изучают вирусы, не зная - живые ли это образования или частицы косной материи. Очевидно, что установление природы вирусов будет иметь далеко идущие последствия, скажется и на вирусологии и на медицине. Вот мы и предлагаем думать и спорить, искать ответ вместе - такой "мозговой штурм" не раз доказывал свою эффективность. Мы же, споря друг с другом, постараемся как можно подробнее рассказать обо всем, что сегодня уже известно...

Начнем с первой точки зрения: вирусы - вещества.

Очевидно, главная роль в определении (это касается, естественно, не только вирусов, а принципиально всех форм жизни), что есть живое, принадлежит не вирусологам, медикам или биологам, а философам. Недаром любой учебник, монография или научно-популярная книга по этой проблеме обязательно приводят фундаментальное определение Ф. Энгельса, который, как известно, ни биологом, ни врачом не был. Обратимся к философам и мы. Например, к книге известного советского специалиста, много лет посвятившего изучению этой проблемы, члена-корреспондента АН СССР И. Т. Фролова, которая называется "Жизнь и познание". В первой же главе автор подробно обсуждает все признаки, отличающие живое от неживого.

Мы не станем слишком много цитировать, хотя бы потому, что наша книга адресована широким кругам читателей, то есть должна отличаться доходчивостью изложения и быть понятной не только узким специалистам, но и просто грамотным людям. Требования же к языку специальных монографий, которые пишутся для небольшого круга лиц, работающих в одной области, совсем иные. С другой стороны, к нашей книге, впрочем, как и к любой книге о науке, вполне может быть приложима мысль известного французского философа средних веков М. Монтеня, который одному из своих трудов предпослал такое предисловие: "Я собрал в этот букет много разных цветов, моя же здесь собственная - только лента, удерживающая их вместе". Так что и нам не обойтись как без дословного цитирования чужих мыслей, так и вольного их переложения.

Итак, какие же признаки живого называет современный философ? Прежде всего - это структурная организованность строения и функций живой материи, начиная с атомно-молекулярного и клеточного уровней и кончая уровнем популяционным и биосферой в целом. Затем он говорит о том, что биологические объекты представляют собой открытые, органически целостные системы, в которых наблюдаются сложные взаимодействия и взаимозависимости отдельных структурных и функциональных компонентов, определяющих автономный и самопроизвольный характер морфогенетических процессов живых систем, их способность к самоорганизации. Это обеспечивает самосохранение живых систем, их приспособленность к внешней среде, осуществляющуюся через обменные процессы, в ходе которых происходит сложный синтез и распад поступающих в организм веществ, имеет место множество различных химических, тепловых, электрических, механических и других явлений...

Философское определение живого, которое мы здесь изложили, вполне созвучно определению биологическому. Так, один из основоположников молекулярной биологии академик В. А. Энгельгардт называет следующие три отличительные черты живого: упорядоченность всех уровней организации - от молекулярного до организменного, динамичность (рождение, достижение зрелого состояния и старение), информативность, обеспечивающая повторяемость главных характерных черт родителей в потомстве.

Оба рассмотренных определения вполне созвучны классическому положению Ф. Энгельса. "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". Совершенно очевидно, что термином "обмен веществ" Энгельс обозначал то, что сегодня определяют как динамичность и упорядоченность системы.

Теперь вернемся к вирусам, у которых никакого обмена веществ нет и быть не может. Из определения Энгельса автоматически вытекает, что к живым объектам их причислить нельзя. Но если во времена Энгельса про вирусы еще ничего не знали, то ведь и Энгельгардт, и Фролов - наши современники, их работы, на которые мы ссылаемся, написаны совсем недавно. Поэтому они должны были бы, считая вирусы живыми существами, сделать хоть какую-нибудь оговорку.

Но нет, не сделали. И думается, не случайно. У вирусов нет никакого, даже самого примитивного, обмена веществ, они не способны ни синтезировать, ни разлагать сложные соединения, у них нет собственной энергетики. И, дабы они не "портили" стройной картины мирозданья, о них лучше умолчать, а про себя подумать - "неживые".

Но, к сожалению, умолчание чаще всего не упрощает, а наоборот, усложняет решение вопроса. И уже одна из важнейших характеристик динамизма живого - приспособляемость - вызывает яростные споры между теми, кто отстаивает точку зрения, что они - существа, с теми, кто их считает веществами. Правда, с чем согласны оба лагеря, приспособляемость на самом деле свойственна только живому, она возникает (обеспечивается) ответными реакциями организма на любые воздействия внешней среды. И вот тут возникает вопрос: приспосабливаются ли вирусы к изменяющимся условиям внешней среды? Да, несомненно.

Всем хорошо известно, что вирус гриппа А, начавший пандемию (скажем, в 1957 году пандемию сингапурского типа), существенно отличается от своих потомков в конце ее (1967 - 1968 годы). Это один пример.

Или такой факт. Для получения вакцинных штаммов, в частности вирусов гриппа, которые должны стимулировать выработку иммунитета, но быть безобидными для организма, то есть не вызывать заболевания, их многократно пассируют. При этом наступает аттенуация, то есть ослабление или полная утрата способности вируса быть причиной заболевания при сохранении так называемой иммуногенности. Разве все эти примеры не свидетельствуют о приспособляемости вирусов? А если свидетельствуют, то следует ли отсюда, что вирус - живой?

Нет! - считает Вл. Солоухин и уточняет, что приспособляемость может быть не связана с... приспособляемостью. Вот доказательства. Американские исследователи, супруги Д. и Д. Ледерберги, изучали процесс приспособляемости бактерий к антибиотикам. Надо ли говорить, что способность многих микробов становиться нечувствительными к антибиотикам является проклятием современной практической медицины, порождает беспрерывную гонку-поиск за все новыми и новыми препаратами, поскольку старые достаточно быстро перестают оказывать эффект. Так вот, Ледерберги (хотя и не сомневались в том, что бактерии относятся к живой природе и у них в принципе существует возможность именно приспосабливаться) решили установить, каким образом это происходит.

Они взяли несколько сот чашек Петри с питательной средой и посеяли на них культуру бактерии, выращенную из одной колонии. Предварительно было установлено, что бактерия высокочувствительна к конкретному антибиотику. Через некоторое время поверхность агара во всех чашках Петри покрылась колониями разросшихся бактерий. Затем с помощью штампов, приготовленных из бархата и соответствовавших размеру чашек, засеяли такое же количество новых чашек Петри, но агар в них содержал антибиотик, причем в совершенно смертельной для бактерий дозе.

Как и следовало ожидать, практически все перенесенные в чашки с антибиотиком бактерии погибли. Почти, но не все абсолютно. Единичные колонии выросли. Поскольку строго фиксировались не только пары чашек (из какой в какую бактерии засевались), но и положение бархатного штампа при переносе, исследователи без труда нашли материнские колонии. Проверка на чувствительность к антибиотику показала: они к нему безразличны. То есть оказалось, приспособленность у бактерий возникла до того, как они вступили в контакт с препаратом. Налицо было нарушение принципа причинности.

Ледерберги провели достаточно много подобных экспериментов с использованием большого числа различных видов бактерий и антибиотиков. И во всех случаях, если только исходного материала было много, получали одинаковый ответ: в любой популяции любых бактерий имеются клоны, нечувствительные к любому (даже только-только синтезированному) антибиотику. И нечувствительность возникла еще до встречи с ядовитым для них веществом.

Сперва это единичные клетки, которые теряются в массе чувствительных, потому применение антибиотика дает лечебный эффект. Но по мере того как чувствительные бактерии погибают, освобождается место и питательные вещества, и единичные устойчивые клетки постепенно начинают создавать собственную популяцию. Не вникая в механизм, можно подумать, что произошло приспособление отдельных бактерий к существованию в изменившихся условиях. А на самом деле? А на самом деле процесс был совсем другой: приспособились не отдельные особи в популяции, а вся популяция в целом. Короче говоря, произошло не изменение, а замена одной популяции другой. Возможно, со временем причина (воздействие антибиотика) заставит бактерии включить и другие механизмы приспособляемости, но сейчас нас это уже не интересует. Исследование Ледербергов со всей очевидностью доказывает: в любой достаточно большой популяции предшествуют нечувствительные к антибиотикам клоны.

Думается, проницательные читатели все правильно поняли и сами сделали соответствующие выводы: да, по мнению сторонников взгляда на вирусы как на неживое образование, не вызывающая сомнения приспособляемость вирусов есть не что иное, как приспособляемость популяции. Если в популяции бактерий, тоже, конечно, насчитывающей многие миллионы клеток, обязательно есть клоны, значительно отличающиеся от основной массы, то как не быть подобным "уродцам" в популяции вирусов, "поголовье" которой на несколько порядков больше.

Но вернемся к работе Фролова. Следующим признаком живого, говорит он, является инвариантность воспроизводства, то есть передача от поколения к поколению наследственной информации, соответствующей первичной структуре организма. От кошки может родиться только котенок, от кишечной палочки - только кишечная палочка, под "руководством" вируса гриппа клетка создаст только вирус гриппа. Это обеспечивается "универсальностью генетического кода, спецификой его молекулярной структуры, связанной с особым строением ДНК и ее взаимоотношениями с РНК и белками, в ходе которых осуществляется молекулярный синтез и в конечном счете самовоспроизводство клетки и живой системы в целом". Об этом же говорит и В. А. Энгельгардт, употребляя термин информативность при характеристике свойств живого.

На первый взгляд этот постулат - еще более сильный аргумент в пользу того, что вирус существо, чем предыдущий. Ибо вирусы - пусть не сами, а с помощью клеток хозяина воспроизводят все-таки самих себя. Однако так ли уж свойственно подобное воспроизведение только живой природе? Если взять любое химически чистое вещество, например, поваренную соль, то и в России, и в Америке, и в Австралии, и в Японии при выпаривании соляного раствора получится совершенно идентичная картина: образуются кристаллы одинаковой, причем строго определенной формы.

И так будет не только с поваренной солью, но с любым кристаллическим веществом, лишь бы оно было без примеси или чтобы примеси были везде одинаковыми по составу и количеству. То есть можно сказать, что способность к инвариантному воспроизводству имеется не только у живой природы (у нее как раз за счет мутаций она даже ниже), но и у явно неживой, косной.

Бесспорно, воспроизводство вирусов - процесс гораздо более сложный, нежели образование кристаллов соли. Но более сложный - не значит недоступный неживой природе. И поэтому даже столь весомый аргумент сторонников противоположной точки зрения не кажется таким уж бесспорным.

По-видимому, неприложимо к вирусам и следующее определение живого, которое дает Фролов - историчность жизни. Он пишет: "Способность к наследственному самовоспроизведению, выступающая как вид самоподдержания живых систем, обеспечивает не просто сохранение индивидуальных живых систем, но и историческую длительность жизни как таковой. Жизнь сохраняется в теоретически бесконечном временном интервале за счет ее постоянного воспроизводства путем размножения индивидуальных живых систем".

Как мы покажем дальше, вирусы, строго говоря, вообще не размножаются, а тем более в отсутствии живых клеток-хозяев. Они репродуцируются, воспроизводятся! Но клетки производят не только новые вирионы (отдельные вирусные частицы), а, например, ферменты, гормоны. И чем принципиально отличается от вирионов, скажем, инсулин, который продуцируется островками Лангерганса в поджелудочной железе теоретически тоже в бесконечном временном интервале, хотя никто его живым существом не считает.

Итак, Вл. Солоухин утверждает, что вирусы - не существа, а вещества. Вещества сложные, сумевшие так глубоко проникнуть в живую материю, что она без них по большому счету и существовать не может (она не может существовать и без глюкозы, и без витаминов, и без микроэлементов, однако это не дает оснований считать, например, аскорбиновую кислоту живой, хотя она и вовлечена в самые интимные механизмы жизнедеятельности), но тем не менее обладающие лишь некоторыми биологическими свойствами.

Как же возражает Д. Голубев?

Прежде всего, цитируя А. Эйнштейна: "Жизни присущ элемент истории". Эти слова мы трижды вспомним позднее, когда будем обсуждать проблему происхождения вирусов, но, не боясь лишних повторений, процитируем их и здесь. Ни поваренная соль, ни глюкоза, ни инсулин своей истории не имеют. Конечно, они когда-то впервые как-то возникли и с тех пор кем-то, где-то именно так и производятся (если, конечно, не изменилась технология их искусственного приготовления). Но истории как таковой у них нет.

История применительно к людям - вещь, не требующая определения (во всяком случае, в биологической литературе), ну а применительно к живому (не важно - "веществу" или "существу"), что понимать под этим словом? Что понимал под ним Эйнштейн?

Нам думается, что "элемент истории", о котором говорил великий физик, скорее всего ассоциируется с понятием эволюция. Никто не будет отрицать, что у вирусов есть эволюция, как и у бактерий, грибов, водорослей, кишечно-полостных или хордовых. Ну а у инсулина или гормонов, как таковых, эволюции нет. Она есть у гормональной системы, но не у самого гормона, хотя он и продуцируется клетками вроде бы так же, как и вирусные частицы.

Итак, эволюция? А что это такое? Из многих определений мы выбираем одно: эволюция - направленная (или векторизованная) изменчивость. Куда направленная, другой вопрос, но сам факт эволюционирования во времени (прогрессивного или регрессивного характера) - несомненный атрибут полноценной жизни. И это особенно будет очевидно, когда мы заговорим о происхождении вирусов: прогрессивная эволюция, регрессивная эволюция, эволюция! Элемент истории!

Далее. Даже поверхностное знакомство с миром вирусов не оставляет сомнений в том, что каждое их семейство, каждый род, каждый вид борются за свое существование. Оставим в стороне (пока!) самые странные с точки зрения их биологии ретровирусы, а возьмем "обычные", как пишут часто журналисты, инфекционные вирусы. Возбудители гриппа, например.

Не надо быть ни врачом, ни биологом, чтобы увидеть, как легко этот вид ускользает и от естественной защиты ранее переболевших людей, и от наших попыток его уничтожить с помощью вакцин и сывороток. "Делает" он это с помощью классического биологического приема - изменчивости своих основных свойств, благодаря чему постоянно находит контингенты чувствительных к нему особей. Разве это не то же самое, что делали и делают все прочие виды живых существ, борясь за свое существование? Ни глюкоза, ни инсулин так не поступают, хотя без них жизнь также невозможна.

И последнее. Вирусы пронесли через тысячелетия свою генетическую индивидуальность точно так же, как это сделал, например, человек, хотя за пять тысяч лет сменилось всего 200 поколений людей (если считать по четыре поколения в один век), а вирусов полиомиелита или оспы - примерно в 100 тысяч раз больше, учитывая, что срок жизни одной генерации вирусов исчисляется несколькими часами. Тем не менее достоверно известно, что египетские фараоны болели тем же самым полиомиелитом, что и президент США Франклин Д. Рузвельт, а оспины на лицах спартанских воинов ничем не отличались от такого же рода "украшений" у некоторых современников наших отцов и дедов.

Можно сказать, конечно, что и инсулин за это время тоже не изменился, но он за это время только не изменялся, а вирусы, с одной стороны, стойко пронесли свою индивидуальность, а с другой - постоянно ее меняли. В самом главном вирусные семейства, известные с древнейших времен, остались такими же, но вместе с тем в мире вирусов произошли и происходят постоянные изменения. Не будем сейчас обсуждать, откуда взялся вирус СПИДа - это особый разговор. Но вот другой пример - свежий и яркий.

В 1977 году в циркуляцию среди населения земного шара вернулся вирус гриппа А, уже однажды, в 1947- 1957 годах, "разбойничавший" (так называемый вирус AI или A/H1N1 - по новой классификации). Начиная с 1977 года и по настоящее время он циркулирует, вызывает эпидемические вспышки, меняется (дрейфует), но делает это не так, как в 1947 - 1957 годах. Таким образом, вирусам присуща не только наследственность, но и изменчивость. Более того, сегодня мы знаем, что в основе последней лежат те же механизмы, что и у других живых существ: мутации, рекомбинации и отбор в популяции, то есть все то, что характеризует любую генетическую регуляцию в любой системе.

Вот только некоторые соображения Голубева. Но не будем ни на чем настаивать. Вопрос не прост.