Что же происходит с клеткой-хозяином во время вирусной инфекции? Очевидно, что реализация всех потенций вируса обусловлена генетическими и физиологическими возможностями клетки-хозяина. Почти все биосинтетические потребности вируса удовлетворяются за счет клетки.
Взаимодействие вируса с зараженным организмом
Так, нуклеотиды — предшественники нуклеиновой кислоты вируса — и аминокислоты — предшественники его белков — поставляются клеткой. Лишь в редких случаях вирус детерминирует образование дополнительной специфической системы ферментов, необходимой для синтеза некоторых предшественников нуклеиновой кислоты. Поэтому в большинстве случаев ограничение поступления в клетку питательных веществ приводит также к ограничению размножения вируса. Подобным же образом размножение вируса невозможно без использования систем клетки, генерирующих энергию, и аппарата, необходимого для биосинтеза белка: ферментов, активирующих аминокислоты, транспортных РНК и рибосом. Вирус не образует своей собственной «клетки внутри клетки», а функционирует лишь как дополнительный фрагмент генетического материала.
Было показано, что для размножения некоторых крупных вирусов животных, а именно вирусов группы оспы и вирусов группы герпеса, в клетке должны содержаться некоторые необычные типы транспортной РНК. Если эти данные подтвердятся, то их можно будет интерпретировать как указание на то, что в ходе эволюции у этих вирусов возникли некоторые изменения в самом смысле триплетов генетического кода,, а также появилась способность синтезировать некоторые компоненты считывающей генетический код системы, резко отличающиеся от соответствующих компонентов их сегодняшних клеток-хозяев.
Диапазон изменений функций клетки, вызываемых проникшими в клетку вирусами, очень широк. Появление вируса в клетке может привести к быстрому подавлению всех процессов биосинтеза, а следовательно, и к гибели клетки, может вызвать стойкое нарушение характера роста клеток и их деления, а может и вовсе не сказаться на функциях клетки или привести лишь к едва заметному их изменению. Изменения клеток, вызываемые вирусами, можно разделить на несколько групп. Одни из таких изменений являются следствием процесса присоединения вируса к клетке и его проникновения внутрь клетки, другие — следствием продуктивного цикла развития вируса, а третьи — следствием стойкога присутствия в клетке вирусного генома. Однако в любом случае, прямо или косвенно, можно проследить путь от изменений, вызванных в клетке вирусом, до функций, осуществляемых геномом вируса.
Описан ряд случаев, наблюдавшихся главным образом при изучении фагов, при которых одно лишь присоединение вируса к оболочке клетки вызывало резкие нарушения процессов биосинтеза, протекающих в клетке. Очевидно, что в тех случаях, когда эти нарушения ведут к необратимым изменениям, например к распаду ДНК клетки, присоединение вируса к поверхности клетки несовместимо с длительной жизнью клетки. Однако индукция столь резких повреждений инфицирующим вирионом как таковым является скорее исключением, чем правилом. Значительно чаще после проникновения вируса в клетку и освобождения его нуклеиновой кислоты наблюдается более или менее полное подавление лишь некоторых биосинтетических процессов клетки. Энтеровирусы, например, блокируют лишь образование клеточной РНК. Механизм этих интереснейших нарушений регуляции функции клетки, к сожалению, до сих пор еще не понят. В других случаях зараженная вирусом клетка в течение достаточно длительного промежутка времени функционирует более или менее нормально.
Конечно, индуцируемое вирусной инфекцией нарушение различных процессов, протекающих в клетке, вызвано не простой конкуренцией за субстрат между синтетическими процессами, ведущими к образованию вирусных или клеточных компонентов. Синтез вирусных компонентов, как таковой, редко оказывается непосильным бременем для общей биосинтетической системы клетки. Более часто повреждение клетки является следствием действия специфической активности вирусных ферментов. В качестве примера можно привести образуемые фагом литические ферменты, которые, разрушая жесткий слой стенки бактериальной клетки, осуществляют конечную стадию продуктивного цикла репродукции фага. По-видимому, повреждение клеточных мембран лежит также в основе слияния клеток и образования поликариоцитов, наблюдаемом при заражении клеток животных вирусом простого герпеса и некоторыми другими вирусами.
В случае когда клетка выживает после вирусной инфекции и становится родоначальницей новой линии клеток, содержащих вирус в стабилизированной форме, у клеток новой линии обнаруживаются новые индуцированные вирусом свойства, отсутствовавшие у исходной незаражен- ной клетки. Некоторые из новых свойств таких клеток являются следствием индукции вирусом отсутствовавших ранее у клетки синтетических процессов, реализующихся в конечном счете в образовании структур, обладающих новыми антигенными или ферментативными свойствами. Например, в лизогенных бактериях и в клетках опухолей, индуцированных вирусами, часто обнаруживаются новые антигенные компоненты. В образовании новых антигенов геном вируса может играть более или менее прямую роль, индуцируя образование ферментов, необходимых для синтеза этих антигенов, или изменяя регуляторные процессы клетки, либо, наконец, выполняя как первую, так и вторую из упомянутых функций. У клеток, содержащих провирус, может измениться чувствительность к заражению другими вирусами. Эту функцию провирус осуществляет, либо изменяя строение клеточных рецепторов, либо индуцируя образование ферментов, способных разрушить нуклеиновую кислоту соответствующего вируса.
Наконец, и это очень важно, в результате вирусной инфекции могут измениться свойства клетки, определяющие характер ее репродукции и развития. Наиболее четко проявляются такие изменения у клеток опухолей, индуцированных вирусами. Клетки таких опухолей ускользают из-под контроля систем, благодаря действию которых репродуктивные и морфогенетические потенции их неопухолевых предшественников не выходят за пределы нормы. Хотя не все изменения, наблюдаемые у трансформированных вирусом клеток, вызваны действием вируса, в ряде случаев морфогенетическая роль вируса не вызывает сомнений.
Подводя итоги изложенному выше общему обзору взаимодействия вируса с клеткой, легко прийти к выводу, что ключевым явлением, характерным для любой вирусной инфекции и определяемым самой ее природой, является введение в клетку фрагмента чужеродного генетического материала, осуществляемое специализированным проводником — вирионом. Конкретные события, наблюдаемые в каждом отдельном случае, детерминируются специфической природой конкретного вирусного генома и клеток, в которых ему приходится функционировать. Этот краткий обзор преследует вполне определенную цель — изложить в виде последовательной картины все наиболее характерные, на наш взгляд, особенности вирусной инфекции с тем, чтобы при последующем обсуждении свойств отдельных групп вирусов у читателя не сложилось бы впечатление о вирусологии как о науке, описывающей непонятный и хаотический набор множества фактов и явлений. Имея в виду несколько основных обобщений, обсужденных выше, и в то же время не забывая об их ограничениях, мы теперь вернемся к детальному изучению динамических аспектов вирусологии.