Як 130 років тому тютюн став рушієм вірусології

130 років тому, у лютому 1892 року, людям стало відомо про існування вірусів. Відкриття це відбулося в дещо несподіваний спосіб. Молодий ботанік Cанкт-петербурзького університету Дмитро Івановський досліджував на півдні України хворобу тютюну і дійшов висновку, що хворобу спричиняють не бактерії, а якісь інші форми. Доповідаючи на засіданні академії наук, він зазначив, що хвороба спричинена токсичною формою, але явно не бактеріальною. Його наукову статтю невдовзі переклали німецькою мовою. Відразу підхопили цю тему медики. Ось так людина, яка досліджувала хворобу тютюну, стала батьком-засновником вірусології. Дещо несподівано, але в історії, в історії науки зокрема, багато парадоксів і несподіванок.

Колись був популярний вислів, що «людина – цар природи». Якщо людина – «цар», то вірус – це дуже маленький «республіканець», який інколи «царю» може створити великі проблеми. Візьмемо лише ХХ століття: на його початку пандемія іспанського грипу забирає десятки мільйонів життів, наприкінці – вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) спричиняє СНІД – теж багато жертв. А те, що зараз з коронавірусом відбувається, всі і так добре знають.

Отже, що і як наука довідалася про віруси і що про них тепер знає? Про все «Історична Свобода» говорила з дослідником історії медицини Едуардом Каналошем.

Історична Свобода | Як 130 років тому тютюн став рушієм вірусології

– Як пояснити те, що вірус вперше винайшли на тютюні, на рослині? Адже люди здавна потерпали через вірусні хвороби.

– Це дійсно дуже дивний факт. Історія наших знань про віруси кілька разів поверталася саме до тютюну. І кожне таке повернення означало прорив і початок нового етапу. Наше життя з вірусами можна поділити на три етапи. На першому ми навіть не підозрювали, що вони існують; на другому – були підозри; на третьому – підозри перетворилися на точні знання.

Перший етап – це віспа, яка вбивала мільйони людей впродовж тисячоліть. І це перша вакцина. Інтуїтивний винахід вакцинації Едвардом Дженнером. Або такий факт: у XVII столітті голландці спеціально заражали тюльпани вірусами плямистої хвороби. Бо з тими плямами тюльпани виглядали гарнішими. І вакцинація Дженнера, і зараження тюльпанів з певної точки зору були першими дослідами над вірусами.

Другий етап – підозри. Це, наприклад, висновок Пастера, що збудник сказу не є мікробом, але хвороба є заразною і проти неї можна робити вакцинацію. Це висновок Леффлера та Фроша, що ящур – це теж заразна хвороба, але не мікроб. Трохи пізніше той самий висновок зробили щодо «іспанки» – грипу, який спричинив пандемію наприкінці Першої світової війни.

Дослідник історії медицини Едуард Каналош

А почався цей етап підозр саме з рослин тютюну. Рівно 140 років тому, у 1882 році, у Голландії німець Адольф Майєр виявив, що хвороба тютюну з знебарвленням листя є заразною. Цю хворобу він назвав «тютюновою мозаїкою». Виявити причину цієї хвороби ніяк не вдавалося. Можливо, причиною хвороби була просто отрута. Тоді Маєр прогрів сік хворих рослин, тобто зробив пастеризацію. Це зробило той сік незаразним. Отже, то не була отрута. Можливо, то мікроб? У мікроскоп нічого не було видно, при посівах нічого не виростало. Маєр припустив, що «тютюнова мозаїка», про яку ви згадали на початку, спричиняється чимось принципово новим, чимось невідомим.

Через 5 років почалася епідемія «мозаїки» на тютюнових полях України та Бессарабії. Тоді вирощування тютюну в нашому регіоні давало прибуток понад 3,5 мільйони рублів щороку! Це гігантські гроші на той час! Втрата врожаю в 1887 році і потенційна втрата наступних врожаїв багатьох не влаштовувала. Тому мобілізували, кого могли, зокрема і студентів. Серед них був 23-річний студент фізико-математичного факультету Дмитро Івановський. І от цей фізик-математик, пристрастю якого була ботаніка, поїхав вивчати цю хворобу.

Дмитро Івановський (1864-1920), російський ботанік і мікробіолог, засновник вірусології

Мікробіологія тоді була дуже новою наукою. Всього за 10 років до того було доведено, що інфекції спричиняються не міазмами, а живими істотами мікроскопічних розмірів. Сивоволосі корифеї не мали жодних переваг над «жовторотими» студентами, бо всі знали приблизно одне і те ж саме. Попервах Івановський довів, що «мозаїка» спричиняється мікроскопічним грибком. Але не всі випадки. Існує хвороба з тими ж самими симптомами, та ж сама «тютюнова мозаїка», за якою жодного інфекційного агента не вдавалося виявити.

У 1890 році в інституті Пастера винайшли спеціальний фільтр, який мав пори розміром біля 100 нанометрів. Це в 10 разів менше, ніж найменший відомий тоді мікроб. Отже, будь-яка рідина, яка пройшла через той фільтр, апріорі вважалася стерильною. Івановський, на той момент вже випускник й аспірант кафедри ботаніки, ухопився за той фільтр, сподіваючись: якщо пропускати через нього багато соку хворих рослин, то на фільтрі накопичиться інфекційний агент. А результатом цієї роботи став той прорив, про який ви згадали – доповідь 12 лютого 1892 року. Відфільтрований через той фільтр сік хворих рослин зберігав заразність. І це точно не була хімічна отрута. Отже, не отрута, не мікроб. А що?.. Невдовзі Івановський побачив у хворих клітинах дуже дрібні порошинки, майже невидимі. Як потім виявилося, то були гігантські, на мільйони, скупчення вірусів.

Ще через кілька років голландець Мартін Беєрінк повторив у розширеному вигляді досліди Івановського і дав гіпотетичному тому інфекційному агенту назву. Він назвав його вірус, тобто «отрута». У латині існує декілька слів для поняття «отрута». Одне з них – «вірус». Воно означає не стільки отруту як таку, а радше алегоричне поняття отрути. Обираючи це слово, Беєрінк підтверджував, що гіпотетичний агент – не отрута в буквальному розумінні цього слова, а щось, що, не будучи отрутою, здатне отруїти.

Мартін Беєрінк (1851-1931), нідерландський мікробіолог і ботанік

Згодом інші вчені виявили, що той невідомий агент здатен не тільки до розмноження, а й до мутацій. Тобто, він точно є живим. Отже, на другому етапі підозрювали, що щось таке існує, але доказів не було.

А третій – етап точного наукового знання. Вірус побачили в електронний мікроспор, з’ясували його хімічний склад, реконструювали його будову. Вперше це зробив американець Венделл Стенлі у 1937 році. Тобто і тут ми маємо ювілей – 85 років тому. І, знову ж таки, Стенлі проводив свої досліди на вірусі саме «тютюнової мозаїки». За свої відкриття Стенлі отримав Нобелівську премію.

Венделл Стенлі (1904-1971), американський вірусолог і біохімік

– А коли від хвороб тютюну перейшли до хвороб людей?

– Власне, Стенлі відчинив двері й дав платформу, на якій можна було базувати багато наукових досліджень. Відтак із 1930-х років почали серйозно і масово досліджувати різні людські хвороби, про які підозрювали, що вони спричиняються саме вірусами. Одним із найперших проривів був поліомієліт. У 1940-і роки довели, що це вірусне захворювання, а на початку 1950-х з’явилася вакцина проти поліомієліту.

20 фактів про поліомієліт та щеплення від нього (графіка)

– Наскільки за ці 130 років змінилося уявлення про те, що таке вірус? У щоденнику академік Вернадський згадував розмову з провідним радянським мікробіологом і епідеміологом, академіком Гамалією (вони в одному ешелоні влітку 1941-го їхали в евакуацію) і зазначав: «Гамалія вважає віруси живими, він вважає «іспанку» за вірус». А зараз вже бодай є визначеність: вірус – це щось живе, а чи форма чогось неживого?

– Це надзвичайно цікаве питання! З точки зору хімії, вірус є скоріше хімічною речовиною, комплексом нуклеїнової кислоти та білка. Цей комплекс поза клітинами «хазяїна» не проявляє властивості живого взагалі. Він є просто речовиною. Але, потрапивши до клітин «хазяїна», він веде себе, як будь-яка інша жива істота: розмножується, використовує наявні ресурси на свою користь, мутує, поширюється. Отже, наразі домінантною точкою зору є те, що вірус – це неклітинна жива істота.

Цікавим аспектом цього питання є походження вірусів. Тут існує три точки зору, але всі вони погоджуються, що віруси – одна з найдревніших істот на Землі. Доказом є те, що вірусні білки є хімічно спільними з білками всіх трьох доменів життя. Тобто, вірусні білки виникли ще до того, як живе розділилося на археї, бактерії та еукаріоти. Еукаріоти – це, наприклад, ми. Тобто йдеться про мільярди років.

Утім, спосіб життя вірусів вимагає існування клітин. Отже, він виник тоді, коли вже існували клітинні форми життя, які ще не розділилися на три головні частини живого, про які ми знаємо на сьогодні. Це могло статися одним із трьох способів. Перша теорія каже, що це йшло паралельно. Одні молекули складалися разом і утворили клітини, а інші молекули утворили віруси. Отже, вірус – це сучасник найперших клітин на Землі.

Друга теорія проголошує, що віруси – це шматки ДНК або РНК, які «втекли» з клітин. Теорія так і називається – «теорія бродяг».Ці шматки відокремилися від решти генетичного матеріалу первісних клітин, «випали» у навколишнє середовище і «плавають» там. Ця теорія добре пояснює їхнє розмноження в клітині.

Третя – каже, що віруси могли бути колись невеликими клітинами, які стали паразитувати всередині інших клітин. Як і будь-який паразит, вони в ході еволюції позбавлялися тих структур свого «тіла», які їм не потрібні були для паразитування.

– Наскільки змінилися уявлення про взаємодію імунної системи людини з вірусами у здатності протидіяти їм?

– В цілому імунна система реагує на вірус так само, як і на бактерії. Інша справа, що вірус під час розмноження знаходиться всередині наших клітин, а тому є невидимим для імунної системи. Тільки коли вірус розмножиться настільки, що буквально зсередини розриває клітину і опиняється у міжклітинному просторі, тільки тоді він стає доступним імунітету. Імунітет не тільки його бачить, але й може до нього добратися. Тому в імунної системи є час тільки від моменту, коли вірус розірвав клітину і вийшов в міжклітинне середовище, і допоки він не проник у наступну клітину. Імунна система бореться з вірусами тільки в цей момент. І це обмежує можливості, порівняно, наприклад, з боротьбою з бактеріями.

Чи це означає, що віруси більш небезпечні, ніж бактерії? Ні. Це залежить від конкретного вірусу і ще багатьох факторів, наприклад, кількості вірусів, які потрапили до людини, їх концентрації і, звичайно, існування вже готової імунної відповіді – вакцинації.

Відмова від вакцин може повернути людству епідемії

– З огляду на пандемію коронавірусу, почали поширюватися чутки, ніби коронавірус спеціально вивели лабораторним шляхом. Наука навчилася культивувати різновиди вірусів, як колись люди виводили породи свійських тварин?

– Так це й робиться. І це відбувається з трьох причин: віруси можуть бути корисними, віруси можуть бути дуже шкідливими, суто науковий інтерес.

Прикладами корисних є віруси, які можуть вбивати інфекційно небезпечні бактерії і таким чином рятувати нас від хвороб. Віруси можуть вбивати ракові клітини, можуть боротися з цвіллю. Отже, ці віруси нам потрібні. Звичайно, розробити відповідні ліки не можна, поки не розмножити ці віруси і не мати їх в достатній кількості для дослідів і потім для виробничих цілей.

Щодо шкідливих вірусів, то їх культивують, щоб з ними боротися. Щоб виробити вакцину проти грипу, треба мати вірус грипу. Кожен виробник вакцини повинен десь у себе тримати вірус грипу.

Вже кілька десятиліть не проводять вакцинацію проти «чорної» віспи, бо хвороби більше не існує. Наразі десь половина людства не має імунітету проти «чорної» віспи. З народженням нових поколінь пропорція все збільшується. Проте віруси «чорної» віспи культивують у двох лабораторіях: одна в США, інша в Росії. Я не знаю, чи можемо ми виключити можливість свідомого чи ненавмисного застосування тих вірусів у випадку якоїсь масштабної війни чи катастрофи.

Крім того, є ще культивація вірусів задля науки. Віруси можуть дати відповіді на багато запитань про виникнення життя, його розвиток, способи його існування. Тому віруси є об’єктом наукових досліджень. І для цього їх потрібно культивувати.

Але треба пам’ятати: якби всі віруси раптом зникли, світ став би, мабуть, прекрасним, але десь на день-півтора. А потім ми всі померли би. Без вірусу нам просто кінець. Вони є частиною екосистеми, регулятором біомаси, ніщивниками бактерій, про які здебільшого ніколи й не чули. І оце «ми не чули» завдяки вірусам. Віруси щодня знищують приблизно 20% усіх океанічних одноклітинних найпростіших і близько 50% усіх океанічних бактерій. Це вивільняє нішу і дає поживні речовини для планктону, який виробляє кисень і є основою харчових пірамід.

Вірусів у поверхневих водах настільки багато, що вони навіть регулюють в’язкість води на поверхні океанів. Де-факто вони – домінуюча форма життя на Землі. З точки зору кількості організмів, віруси домінують на Землі. Віруси підтримують популяції, наприклад, комах на певному рівні – не дають комахам заполонити нашу планету. Підтримують здоровий мікробіологічний баланс всередині тварин і людей.

Тому робота з вірусами – це щось надзвичайно важливе. І треба позбутися точки зору, що вірус – це завжди щось шкідливе. Ні! У 99% випадків ще щось корисне для нас.

– Наука дослідила яку частину вірусів?

– Менше 1% наука дослідила. Але чому? Тому що не потрапляють у поле зору науковців ті віруси, які не спричиняють проблем. Існують мільйони видів вірусів, про які ми навіть не знаємо, ми навіть не підозрюємо, що вони існують, це є ще один доказ того, що віруси – це далеко не завжди щось шкідливе.

– А чи наука знайшла відповідь на запитання, чому в якийсь момент вірус стає дуже хвороботворним? Чому стаються якась «іспанка» або COVID-19?

«Ковідні» біочипи існують: винахід чеських вчених, який може змінити діагностику COVID-19

– Це випадковий процес. Віруси мутують не тому, що хочуть вбити більше людей, а тому, що це частина їхнього функціонування. Ці мутації є випадковими і можуть приводити до меншої чи до більшої шкідливості. Коли вірус мутує і стає більш шкідливим, ми це дуже добре помічаємо. Коли вірус мутує і стає менш шкідливим, то не звертаємо на це уваги. Не виникає у нас проблем – на це не звертаємо уваги.

Але вірус, як і будь-який паразит, розвивається в одному напрямку – чим більше минає часу, тим менш шкідливим буде COVID-19, наприклад. Скажімо, СНІД, який виник як дуже шкідливий вірус, зараз став набагато м’якішим. Чому? Тому що жоден паразит не зацікавлений у вбивстві свого «хазяїна». Якщо кожен паразит буде вбивати свого «хазяїна», то де його нащадки будуть паразитувати? Такий паразит просто зникне. Тому всі паразити еволюційно відбираються у напрямку зменшення їхньої шкідливості. Це може відбуватися впродовж десятків років, може займати кілька століть. Але досі розвитку паразитів у зворотному напрямку ніколи не відбувалося.