Открытие и изучение вирусов человечеством

История открытия вирусов может быть прослежена по мере того, как ученые всего мира описывали свои концепции и публиковали экспериментальные результаты.

Вирусы в истории человечества первоначально рассматривались как «яды», которые мы сегодня знаем как вирусные заболевания которые свирепствуют и в нынешнее время.

История открытия вирусов подтверждает, что буквально до конца 19 века еще не существовало стандартных методов обнаружения патогенных (болезнетворных) организмов, таких как бактерии и простейшие в предполагаемых “ядовитых материалах”.

Луи Пастер

Луи Пастер

Только эксперименты на животных, проведенные французским микробиологом Луи Пастером (1822-1895) в конце XIX века, в которых не было достигнуто никакого участия «ядовитых» материалов даже после многих экспериментов, позволили предположить, что возбудитель болезни был способен размножаться в организме.

Поэтому и пошли разговоры о воспроизводимом “вирусе “(по-латыни” яд “или ”слизь”) в живых организмах, а позднее и в клетках.

Открытие вирусов

Дмитрий Ивановский

Дмитрий Ивановский

В Санкт-Петербурге в 1892 году российский микробиолог Дмитрий Ивановский продемонстрировал, что болезнь табачной мозаики вызывается агентом, размер которого значительно меньше размера бактерий: вирус табачной мозаики (бактериальные фильтры имеют размер примерно 0,2 мкм, однако большинство вирусов меньше 0,1 мкм).

Вскоре после этого голландский микробиолог Мартинус Виллем Бейеринк (1851-1931) пришел к тому же выводу: он впервые разработал понятие самовоспроизводящегося “жидкого” агента.

Открытие вируса животных ящура немецкими бактериологами Фридрихом Леффлером и Паулем Фрошем в 1898 году было первым доказательством существования животного патогенного биологического вируса.

Однако ретроспективно можно задокументировать, что еще 3000 лет назад – без знания природы патогенов применялись методы, которые сегодня можно было бы назвать прививками против вирусных заболеваний.

История метода активной иммунизации

В Древнем Китае, Индии и Египте часто случались разрушительные эпидемии оспы. Фараон Рамзес V – как показывает его посмертная маска – скорее всего, умер от заражения вирусом оспы.

Как было замечено в то время, люди, пережившие болезнь, были избавлены от нее в дальнейших эпидемиях; следовательно, у них должна была быть выработана какая – то защита, вызванная первой болезнью – они были иммунны. Этот защитный статус также мог быть вызван искусственно.

Когда высушенные струпья оспы передавались здоровым людям, они были, по крайней мере, частично защищены от оспы – мера, которую мы теперь называем вариоляцией (медицинский термин для оспы – “вариола”). Это так называемый метод активной иммунизации.

Исторические описания показывают, что в то время оспа использовалась в качестве биологического оружия. В XVIII веке в Англии и Германии было открыто, что преодоление молочницы дает защиту от настоящей оспы. Английский врач Эдвард Дженнер (1749-1823), должно быть, знал об этих наблюдениях в 1796 году, когда он передал свиноподобный и коровий материал в качестве своего рода вакцины сначала своему первенцу сыну, а затем молодому пастуху. Оба мальчика остались здоровыми после воздействия патогенного вируса оспы человека путем прививки оспенного гноя. На самом деле этот первый преднамеренный “вирусологический эксперимент”вызвал защитный эффект. Знания об этой вакцинации очень быстро распространились из Англии на европейский континент и в США.

Именно Эдварду Дженнеру принадлежит разработка первой в мире вакцины против натуральной оспы путем прививки неопасного для человека вируса коровьей оспы.

Термин “вакцинация” происходит от латинского vacca, что означает “корова”. Прививки вскоре были предписаны законом, и это привело к постепенному сокращению вирусоносителей.

В бывшем германском рейхе первый закон о вакцинации был принят в 1871 году. Однако прошло еще около 100 лет, прежде чем человек Али Маов Маалин был естественным образом заражен оспой (в Сомали) в последний раз (в 1977 году), после того как ВОЗ провела всемирную программу вакцинации. Сегодня болезнь считается искорененной.

История открытия вакцины против бешенства

На аналогичной основе, то есть без точного знания природы возбудителя, Луи Пастер разработал вакцину против бешенства в Париже в 1885 году. Он передал болезнь внутримозговым путем кроликам в 1882 году видя возбудителя скорее в неизвестных и невидимых микробах. Как он продемонстрировал, патоген потерял свои болезнетворные свойства в результате непрерывной передачи инфекции этим животным.

Таким образом, именно Луи Пастер создал основу для вакцинного вируса, который, в отличие от возбудителя дикого типа, характеризовался постоянным инкубационным периодом.

Натертый и высушенный спинной мозг привитых кроликов больше не был инфекционным, но вызывал (первоначально у собак) защиту против бешенства. Впервые, в 1885 году, Пастер привил этот материал 9-летнему мальчику. Мальчик был укушен бешеной собакой 2 дня назад и в конце концов выжил благодаря защитному эффекту, вызванному вакциной.

История технических достижений в области вирусологии

Из-за своих небольших размеров вирусы долгое время оставались для людей неизведанными.

Разрешение светового микроскопа, который был построен немецким физиком-оптиком Эрнстом Аббе около 1900 года, было недостаточно высоким для визуализации этих патогенов. Это стало возможным только с помощью электронного микроскопа, который был разработан немцем Эрнстом Руской в 1940 году. С его помощью впервые была решена структура вируса табачной мозаики.

Даже получение доказательств существования таких мельчайших агентов, которые не культивируются на искусственных средах, было невозможно до появления бактериоустойчивых ультрафильтров. Американский бактериолог Уолтер Рид описал вирус желтой лихорадки как первый патогенный вирус человека в 1900 году, а затем миксомы кролика и бешенства в 1903 году.

Вирус птичьего лейкоза был открыт в 1908 году, полиовирус в 1909 году, а вирус саркомы Руса в 1911 году, который назван в честь открывшего его ученого и представляет собой первый вирус, связанный с индукцией раковых заболеваний (в данном случае в соединительной ткани домашней птицы).

Даже бактерии могут быть заражены ультрафильтруемыми и трансмиссивными агентами, как это было открыто французским микробиологом Феликсом д’Эрелем в 1916 и 1917 годах. Он особенно обратил внимание на поразительную способность этих агентов лизировать бактерии и поэтому назвал их бактериофагами – по греческому слову phagein, что означает “есть”.

Изучение природы бактериофагов дало вирусологии важные открытия и импульсы как в методологическом, так и в концептуальном плане.

Многие из стадий, характеризующих вирусную инфекцию, были впервые обнаружены в экспериментах с бактериальными вирусами: такие процессы включают прикрепление и проникновение, репродуктивно-циклическую зависимую регуляцию экспрессии генов, которая приводит к раннему и позднему синтезу белков, и лизогенез, который связан с существованием профагов.

После культивирования вируса, ответственного за эмбриональные куриные яйца в 1933 году была заложена основа для разработки тестов для обнаружения вирусов.

Еще одним важным шагом в истории открытия вирусов стала разработка первых ультрацентрифуг. Они сделали возможным осаждение и концентрацию мельчайших вирусных частиц.

Однако прорыв в выяснении патогенетического механизма вирусов гриппа был возможен только благодаря развитию молекулярно-биологических методов, позволивших исследовать генетический материал возбудителя, существующий в виде одноцепочечной РНК.

Его секвенирование выявило генетические причины ранее не изученной способности вирусов гриппа периодически изменять свои антигенные свойства.

Эксперименты на животных

Эксперименты на животных позволили получить важные сведения о патогенезе вирусных заболеваний.

Изучение вирусов и их свойств было особенно сложным, поскольку они, в отличие от бактерий, не могут размножаться в искусственных средах.

Однако можно было установить, что некоторые из патогенов, выделенных от больных людей, передавались животным, в которых они могли размножаться.

Например, вирус простого герпеса человека был передан из волдырей человеческой кожи в роговицу кроликов. Это исследовал немецкий химик Вильгельм Гретер в Марбурге в 1911 году.

Необычайная восприимчивость хорьков позволила британскому вирусологу Кристоферу Эндрюсу впервые выделить вирус гриппа А из жидкости больного человека в 1933 году. Эксперименты на животных также дали много информации о патогенезе вирусных инфекций с другой точки зрения.

Американский вирусолог Ричард Э. Шоуп открыл кроличий папилломавирус в 1935 году и, таким образом, первый опухолевый вирус, который, как было доказано позже, содержит ДНК – геном. Он подозревал, что такой вирус может существовать в скрытой форме в виде провируса в организме. Кроме того, ему приписывают открытие, что рак кожи может развиться из доброкачественных папиллом кожи.

Таким образом, злокачественные опухоли развиваются в два или более этапа – сегодня это общепринятое понятие. Далее Шоуп заметил, что заболеваемость раком различна у разных пород кроликов, и поэтому генетические особенности хозяина также влияют на развитие рака.

В рамках экспериментов на животных немецкий ветеринар Эрих Трауб сделал важное наблюдение при изучении вируса лимфоцитарного хориоменингита в Принстоне в 1935 году. Когда беременные мыши были заражены вирусом, вирус передавался эмбрионам. Матери животных заболевали менингитом и вырабатывали защитные антитела при дальнейшем течении болезни. Напротив, новорожденные мыши оставались здоровыми, но выделяли большое количество вируса в течение всей жизни, не развивая специфического иммунного ответа против патогена.

Это открытие было первым примером иммунной толерантности, индуцированной вирусом.

Система выращивания клеток

Системы выращивания или культивирования клеток являются незаменимой основой для вирусных исследований.
Трудоемкие эксперименты изначально были единственным способом доказать существование вирусов, поэтому искали более простые методы.

Одним из способов было наблюдение так называемых тел включения в инфицированных вирусом тканях, которые вскоре были оценены как признак возбудителя. Как мы теперь знаем, тела включения представляют собой скопление вирусных белков и частиц в цитоплазме или ядре.

Первые инклюзивные (включенные) тела были обнаружены российским ученым Дмитрием Ивановским в 1892 году.

В то же время другие ученые обнаружили подобные отложения в клетках зараженных вирусом оспы. Ученые обнаруживали также тела включения в клетки бешеных животных.

Таким образом, существовали, по крайней мере, простые методы обнаружения красителей при некоторых вирусных заболеваниях. Однако методы культивирования вирусов стали доступны позже. В 1930-х годах было установлено, что эмбрионированные куриные яйца пригодны для размножения некоторых видов вирусов.

Дальнейшее развитие вирусного культивирования обеспечило метод заключающийся в добавлении к тканевым культурам индикаторных клеток, которые указывают на вирусную репликацию путем возникновения дегенеративных изменений в клетках.

История изучения вирусов

Пандемия испанского гриппа

Между 1918 и 1920 годами возникла пандемия вирусного заболевания Испанский грипп – испанка.

история открытия вирусов

Пандемия испанского гриппа

Назван по названию страны публично объявившей пандемию. Особенность испанки была в гиперреакции иммунной системы человека. Именно иммунная система вызывала воспаление тканей.

Испанский грипп унёс более 20 миллионов жизней, то есть больше, чем в Первую Мировую войну.

Исследование полиомиелита

Полиомелит – вирусная болезнь приводящая к параличу вызывается пикорнавирусами.

Исследование полиомиелита позволило получить принципиально новые сведения. Ретроспективно исследование представляет собой фактический переход к молекулярно-биологическим анализам вирусных инфекций. Сильный рост заболеваемости полиомиелитом и числа смертей привел к созданию в некоторых странах фонда борьбы с полиомиелитом.

Полиовирусы полиемелита из семейства пикорновирусов культивировались в эмбриональных клетках человека из фиксированных фрагментов ткани почек, и, таким образом, клеточные изменения были легко идентифицируемы. Этот диагностически ценный эффект подтолкнул развитие вирусологии вперед. Это стало основой для теста на бляшки, разработанного американцем Ренато Дульбекко в 1952 году, который впервые позволил количественно определить количество инфекционных частиц в клеточной культуре.

Способность культивировать полиемелит в контролируемых условиях была положена в основу разработки двух полиовакцин: инактивированной вакцины и живой вакцины с ослабленными полиовирусами. Обе вакцины все еще используются сегодня.

Позднее вакцины против кори, краснухи и эпидемического паротита также производились по этому принципу. Используя метод клеточной культуры, можно было культивировать даже вирус желтой лихорадки, вирус оспы и вирус бешенства.

 Герпес

Самое большое распространение получил вирус герпеса.

Существование вируса простого герпеса было подтверждено в инфицированных корневых нервных узлах (ганглиях) человека в 1971 году, тогда как его прямое обнаружение в то время было невозможно. До этого момента обычно предполагалось, что в ходе вирусных инфекций возбудитель будет полностью выведен из организма полученными антителами. После того как герпес был обнаружен путем совместного культивирования, было признано, что существует ряд инфекций которые независимо от симптомов заболевания выделяются либо периодически (например, вирус простого герпеса), либо постоянно (например, вирус Эпштейна – Барра).

Первичное определение вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) также была осуществлено путем совместного культивирования материала лимфатических узлов у больного СПИДом.

Таким образом, история открытия вирусов имеет длинный путь, и еще далеко не закрыта философия вируса.