Живые системы в вирусологии
Москва, 2018
УДК 619:616.98:578.828.11-097:636.8
И.В. Третьякова, Е.И.Ярыгина, М.С. Калмыкова
Живые системы в вирусологии
Лекция предназначена для обучающихся по направлению подготовки 06.03.01 – Биология, аспирантов, слушателей Института повышения квалификации.
Рецензент:
Л.А.Гнездилова - профессор кафедры диагностики болезней, терапии, акушерства и репродукции животных ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина, д.в.н., профессор.
А.И. Албулов –генеральный директор ООО «Биопрогресс», д.в.н., профессор.
Утверждена на заседании учебно-методической комиссии ветеринарно-биологического факультета ФГБОУ ВО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина»
Вирусология – это наука о вирусах и вызываемых ими болезных.
Её становление как самостоятельной науки пришлось на период с 1892 по 1950 гг. В самом начале этого периода, она оставалась одним из направлений микробиологии – науки о возбудителях инфекционных болезней флоры и фауны.
Дословный перевод слова «вирус» – чужой. В современной интерпретации вирус – это биологическое образование (элементарное тельце или корпускула), состоящее из молекулы нуклеиновой кислоты одного типа (или ДНК, или РНК) и белковой оболочки – капсида, у некоторых вирусов есть и вторая гликолипопротеидная оболочка – суперкапсидная, способное репродуцироваться, т.е. передавать свою генетическую информацию, только в определенной чувствительной к нему живой клетке.
Одной из особенностей вирусов является их убиквитарность, т.е. вездесущность. Вирусы обладают способностью циркулировать везде, где есть живая клетка, и находится с ней в симбиозе (сосуществование) в форме паразитизма. Они поражают всё живущее на земле - архей, бактерий, морских водорослей, растений, простейших, беспозвоночных и позвоночных.
Исходя из сказанного выше, изучать, сохранять, поддерживать, накапливать вирусы стало возможным только при наличии живой клетки. Совокупность живых клеток для репродукции вируса принято называть живой системой. В вирусологии существует четыре вида живых систем:
- естественно-восприимчивые представители фауны и флоры;
- лабораторные животные;
- куриные эмбрионы;
- культура клеток
1. Естественно – восприимчивый объект живой природы – это тот вид млекопитающих, или растений, или других более просто организованных представителей всего живого на планете, в клетках, которых вирус паразитирует в естественных условиях. Их принято называть «естественными хозяевами вируса». Например, первооткрыватель вирусов – русский ботаник Дмитрий Ивановскому (1864 – 1920). первым доказал вирусную природу возбудителя болезни табака, который в последствие был назван вирусом мозаичной болезни табака (табачной мозаики). Он фильтровал суспензию из пораженного растения через бактериальные фильтры, и полученный фильтрат наносил на листья здорового растения. В результате чего, растение погибало. В данном случае листья табака являлись естественно-восприимчивой живой системой для поддержания и накопления новой вирусной популяции.
В 1897 г. Ф.Леффлер и П.Фрош, используя принцип фильтруемости, показали, что возбудителем инфекционной болезни парнокопытных – ящура является вирус. Затем последовали открытия возбудителей чумы крупного рогатого скота (Николь и Адиль-Бем, 1902г.), чумы собак (Карра, 1905г.), саркомы Рауса (Раус, 1911г.) и других болезней животных. В 1915 и 1917 гг. Туорт и Д’эррель открыли вирусы бактерий (бактериофаги).
Если на «заре» вирусологической науки использование этой первой из четырех живых систем являлось, пожалуй, одной единственной моделью для исследования вирусов, то на современном этапе развития вирусологии ее значение крайне ограничено. Эта живая система может иметь интерес, например, для экологической ниши для определенного вида вируса.
Экологическая ниша – это экологическая среда, в которой имеются благоприятные условия для циркуляции определенного вида вируса. Она характеризуется по следующим критериям:
- географическое расположение природного очага циркуляции вируса
(например, в.калифорнийского, венесуэльского и др. энцефаломиелитов лошадей);
- круг восприимчивых хозяев (вид животных, которые поражаются этим видом вируса);
- путь передачи вируса от больного здоровому хозяину (аэрогенный, алиментарный, трансмиссивный, вертикальный, контактный)
Крайне редко в настоящее время, в исключительных случаях, естественно – восприимчивые живые системы могут использоваться с целью дифференциальной диагностики клинически схожих вирусных болезней, поражающих один вид млекопитающих. При том, что против одной болезни существуют вакцины, а против другой – нет. Тогда можно заразить группу вакцинированных и группу не вакцинированных животных, а по результату «заболевшие – не заболевшие» высказать предположение о возбудителе болезни. Примером может служить дифференциальная диагностика классической и африканской чумы свиней. Против первой болезни существует и с успехом применяется живая вирус – вакцина для свиней, против второй – вакцины нет.
В современных вирусологических лабораториях используют другие три вида живых систем. Их можно назвать общим словом – лабораторные живые системы. Это – лабораторные животные, куриные эмбрионы, культура клеток. Они появились у вирусологов не одномоментно.
Так первой экспериментальной моделью были лабораторные животные. Их стали использовать с 30-40 гг. XX века. Однако, они были чувствительны только к очень не многим видам вирусов. В 40-е годы в вирусологию в качестве экспериментальной модели входят развивающиеся куриные эмбрионы. Они позволили выделять и культивировать многие виды вирусов, таких как, вирус кори, инфекционного ларинготрахеита птиц, оспы птиц, ньюкаслской болезни и гриппа, чумы плотоядных, ринопневмонии лошадей, катаральной лихорадки овец и др. Использование этой модели стало возможным благодаря исследованиям австралийского вирусолога и иммунолога Ф.М. Бернета и американского вирусолога Херста.
Подлинным «революционным» событием в вирусологии явилось открытие возможности культивировать отдельные клетки многоклеточных организмов в искусственных условиях. В 1952 г. Д. Эндерс, Т. Уэллер, Ф. Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культивирования клеток в искусственных условиях.
Использование живых систем было продиктовано тем, что по сравнению с естественно – восприимчивыми животными, они позволили проводить работу с любыми вирусами в специализированных боксированных помещениях лабораторий, сделав её более безопасной, менее трудоемкой и экономически оправданной.
Цели использования лабораторных живых систем. Лабораторные живые системы используются вирусологами в практической и научно-исследовательской работе.
В практической работе их используют в следующих целях:
- проведение лабораторного исследования проб патологического материала с целью диагностики вирусной болезни;
- производство противовирусных вакцин;
- производство специфической гипериммунной сыворотки;
- производство вирусных антигенов в качестве компонентов наборов для лабораторной диагностики вирусных инфекций
В научно-исследовательской деятельности используют для изучения:
- биологических и культуральных свойств вирусов;
- антигенных свойств;
- особенностей патогенеза вирусной болезни на уровне организма и на уровне клетки
Лабораторные животные, как живая система для вируса.
Используют следующие виды животных, выращенных в специальных питомниках:
- белые мыши;
- белые крысы;
- кролики;
- морские свинки
При необходимости кроме этих животных могут использовать:
-золотистых хомяков
- некоторые породы обезьян
-и др.
К ним предъявляются следующие требования:
- животные должны быть здоровыми
- должны быть по виду и возрасту чувствительны к определенному виду вируса
- должны быть линейными (генетически однородные)
В лабораториях животных содержат в специальных помещениях – вивариях. В них организовано несколько отсеков: для контрольных животных и животных, зараженных вирусом. Перед заражением животных метят, чаще всего красками, устойчивыми к слюне животных.