Биологическое свойство сближающее вирусы с риккетсиями

Морфология вирусов

Вирусы являются самыми мелкими из всех микроорганизмов. Для них принято измерение в миллимикронах и в ангстремах. Для определения таких размеров частиц применяется несколько методов. Так, взвесь вирусов пропускают через особые фильтры из коллодия, имеющие очень мелкие поры определенной величины. Фильтрование производят через несколько фильтров с разной величиной пор. Разница между диаметрами пор последнего фильтра, пропустившего вирусные частицы, и фильтра, уже не пропустившего вирусные частицы, указывает средние размеры вирусных частиц. При сверхскоростном центрифугировании (50 и более тысяч оборотов в минуту) величина вирусных частиц определяется по специальной формуле в зависимости от числа оборотов и времени осаждения частиц. При этом происходит и очистка вируса от посторонних веществ. Для этого подбирают такие скорости, при которых выпадают посторонние частицы, сначала крупные, а потом самые мелкие. При наиболее высокой скорости получают лишь частицы вируса.

Человек увидел вирусы только после 1940 г., когда был построен и усовершенствован электронный микроскоп. При увеличении в десятки и сотни тысяч раз удалось изучить форму, величину, а также строение частиц некоторых вирусов.

Было найдено, что как величина, так и форма отдельных особей (элементарных частиц) разных видов вирусов довольно разнообразны. Имеются крупные вирусы (например, вирус орнитоза, оспы, трахомы и др.), вирусы средних размеров (гриппа, чумы, бешенства) и мелкие (вирус полиомиелита, кори, ящура, энцефалитов, вирусы многих растений). В таблице приводятся размеры некоторых вирусов, определенные разными способами, в миллимикронах (по В. М. Жданову и Шен).

Самые крупные вирусы приближаются по своим размерам к самым мелким бактериям, а самые мелкие вирусы близки к крупным белковым молекулам.

Таблица 7

По внешнему виду одни вирусы имеют шарообразную форму (вирус гриппа), другие - кубовидную форму (вирус оспы), третьи - вид палочки. Вирус табачной мозаики (ВТМ) имеет вид тонкой шестигранной палочки длиной 300 ммк и в диаметре 15 ммк.

Рис. 42. Сравнительная величина бактерий, риккетсий, вирусов и белковых молекул (из Риверса, 1952, с изменениями)

При многих вирусных инфекциях (оспа, бешенство, трахома и др.) наблюдаются в цитоплазме или ядре клетки организма хозяина особые, специфические для каждой инфекции внутриклеточные тельца - включения. Они довольно крупные, и их можно видеть в световой микроскоп.

В большинстве случаев включения представляют собой скопление элементарных телец, вирусных частиц, как бы их колонию. Наличие их в клетках помогает при диагностике некоторых заболеваний.

Одним из своеобразных свойств многих вирусов растений является их способность образовывать кристаллы. Д. И. Ивановский первый наблюдал в листьях табака, пораженных ВТМ, включения, называемые теперь кристаллами Ивановского. Они состоят из элементарных частиц вируса табачной мозаики. Кристаллы вируса можно растворять, как растворяют сахар, соль. Из раствора этот вирус можно выделить в аморфном, некристаллическом, состоянии. Осадок можно вновь растворить, затем снова превратить в кристаллы. Если растворить кристаллический вирус в тысячу раз, то капля такого раствора вызовет у растения мозаичную болезнь. Из вирусов человека и животных пока получены кристаллы вируса полиомиелита. Каждый кристалл состоит из миллионов вирусных частиц.

Рис. 43. Кристаллы ВТМ

Химический состав вирусов был изучен прежде всего у возбудителя табачной мозаики. Этот вирус представляет собой чистый нуклеопротеид, т. е. состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Вирусный нуклеопротеид табачной мозаики имеет огромный молекулярный вес (40-50 млн.).

Вирусная частица имеет сложное строение. Нуклеиновая кислота находится внутри вирусной частицы, она окружена белковой оболочкой. В вирусной частице обычно содержится одна молекула нуклеиновой кислоты.

Вирусы растений содержат рибонуклеиновую кислоту, фаги содержат дезоксирибонуклеиновую кислоту. В вирусах человека и животных находится или РНК, или ДНК. РНК содержится в вирусах гриппа (1,6%), полиомиелита (24%), некроза табака (18%), мозаики табака (6%), ящура (40%), саркомы Рауса (10%) и др. ДНК содержится в вирусах осповакцин (6%), папилломы (6,8%), герпеса (3,8%), полиомы (12%) и др.

Теперь интенсивно изучается вопрос, как соединяются белок и нуклеиновая кислота, как они подогнаны друг к другу. Для разрешения этого вопроса пользуются методом рентгенокристаллографии. Если в вирусной частице имеются субъединицы, то этот метод может установить их число, а также их взаимное расположение. Оказалось, что для большинства вирусов характерно закономерное, высокоупорядоченное расположение элементов вирусной частицы.

У вируса полиомиелита нуклеиновая кислота свернута в клубок, белковая оболочка состоит из 60 одинаковых субъединиц, которые объединены в 12 групп, по 5 субъединиц в каждой. Частица вируса имеет сферическую форму.

Нуклеиновая кислота вируса табачной мозаики имеет вид спирали или пружины. Белковая оболочка ВТМ состоит также из отдельных одинаковых по форме и размерам белковых субъединиц. Всего имеется 2200 субъединиц, расположенных в виде 130 витков вокруг стержня нуклеиновой кислоты. Молекулярный вес такой субъединицы 18 000. Каждая субъединица представляет собой пептидную цепочку, содержащую 158 определенных аминокислот, причем уже определено последовательное расположение этих аминокислот. В настоящее время интенсивно изучается последовательность расположения 6500 нуклеотидов, образующих нуклеиновую кислоту. Когда эта задача будет решена, то станет известен план, которым определяется тип вируса, образующегося в зараженной клетке. Строение, подобное частицам ВТМ и полиомиелита, имеют другие мелкие вирусы растений.

Рис. 44. Схема строения частицы ВТМ, основанная на данных рентгеноструктурного анализа, проведенного Франклином. Для ясности части цепи рибонуклеиновой кислоты показаны без опорного белкового каркаса. На каждую белковую единицу приходится 3 нуклеотида, или 49 на оборот спирали. Каждый нуклеотид схематически представлен плоским диском, поскольку в этом направлении ориентированы пуриновые и пиримидиновые основания (Франклин, 1955)

У более крупных вирусов, кроме нуклеиновой кислоты, белковой оболочки, есть еще внешние оболочки, содержащие белки, липоиды, углеводы. Некоторые вирусы содержат ферменты. Так, гриппозный вирус имеет фермент нейраминидазу, парагриппозный вирус - сендай-лизин, вирус миелобластоза птиц содержит аденовинтрифосфатазу. Эти ферменты растворяют оболочку клеток для проникновения вируса в тело своего будущего хозяина.

Другой особенностью вирусов является их внутриклеточный паразитизм. Начиная с Ивановского никому из ученых не удавалось выращивать вирусы на таких искусственных питательных средах, на которых так пышно размножаются самые требовательные паразиты из бактерий. Вирусы развиваются и размножаются только внутри живых клеток поражаемых ими организмов, которые называются хозяевами. Разные вирусы приспособились к паразитированию у определенных хозяев. Так, вирус полиомиелита размножается только в организме человека и мыши; вирус кори поражает только людей. Кроме того, размножение вируса происходит не во всех тканях организма хозяина и неодинаково в разных тканях: гриппозный вирус хорошо развивается в легочной ткани; вирус бешенства - нервной ткани; вирус трахомы обитает только на слизистой оболочке глаза. Таким образом, вирусы обладают специфичностью. Но многие вирусы растений могут паразитировать на разных видах растений. Так, ВТМ (вирус табачной мозаики) поражает почти все виды пасленовых растений. Многие вирусы растений хорошо размножаются в тканях насекомых, которые переносят вирус с одного растения на другое.

Рис. 45. Вирус табачной мозаики (увеличено в 230 000 раз)

В свободном состоянии, во внешней среде вне живой клетки, вирусы не проявляют активности, они только сохраняют свою жизнеспособность, иногда продолжительное время. Но как только вирусы встречаются с чувствительными к ним клетками, они становятся активными, внедряются в них и проявляют все признаки жизнедеятельности.

Единственным методом изучения жизнедеятельности вирусов раньше было заражение восприимчивых к ним опытных животных: мышей, кроликов, обезьян и др. Более удобно и экономно выращивать вирусы в развивающемся зародыше куриного яйца. Материал, содержащий вирус, вводят шприцем в зародыш на 8-12-й день его развития. Через несколько дней пребывания зародыша в термостате изучают патологические изменения, вызываемые вирусом в зародыше. Затем пересевают в свежий зародыш другого яйца. В последнее время получил наибольшее применение метод однослойных культур из изолированных клеток животных тканей. Размельченную свежую ткань обрабатывают ферментом трипсином, который разрушает межклеточные связи. Освободившиеся клетки отмывают от трипсина, разводят питательным составом (№ 199, содержащим необходимые аминокислоты и соли) и помещают в пробирки или в специальные плоские чашки. В термостате клетки размножаются, образуя однослойный пласт по стеклу. Затем эту культуру однородных клеток заражают вирусом и происходящие в ней процессы изучают под микроскопом или другими способами. Так трудоемкий и дорогой способ, например культура вируса полиомиелита на печени обезьян, был заменен быстрым способом выращивания его в тканевой культуре.

Рис. 46. Метод заражения куриного эмбриона. Заражение в аллантоисную полость куриного эмбриона: 1 - воздушное пространство; 2 - отверстия в скорлупе; 3 - скорлупная оболочка; 4 - хорион-аллантоисная оболочка; 5 - желточный мешок; 6 - белок; 7 - амнион; 8 - плод; 9 - аллантоисная полость

В 1955 г. и позднее были получены необычные факты, вызвавшие недоумение у ученых биологов. Химическим путем вирус табачной мозаики был разделен на свои составные части: белок и нуклеиновую кислоту. Каждая из них в отдельности не вызывала заболевания мозаикой у листьев табака. Но когда их опять соединили вместе в пробирке (10 частей белка и 1 часть нуклеиновой кислоты) и заразили этой смесью листья табака, то получили типичную мозаику на листьях, как от исходного цельного ВТМ. При электронной микроскопии были найдены типичные палочки вируса, состоящие из белковой оболочки, в которой был заключен тяж нуклеиновой кислоты. Таким образом, нуклеиновая кислота связалась с белковой частью и заняла в ней свое нормальное положение. Открытие этого явления - ресиитеза (восстановления) вируса - является крупнейшим достижением современной микробиологии, открывающим новые пути в биологии и медицине.

Далее оказалось, что достаточно натереть лист табака лишь одной нуклеиновой кислотой, выделенной из ВТМ мягким способом, как на листе возникают (конечно, не в большом количестве) типичные некрозы, в которых находились в огромном количестве типичные цельные вирусные частицы.

Такие же результаты были получены с вирусами человека: полиомиелита, гриппа и др.

Выл получен даже гибридный вирус мозаики табака из белка одного типа вируса и РНК другого типа вируса, отличавшегося по некоторым признакам от вируса первого типа. При размножении этот гибридный вирус давал потомство только того вируса, чью РНК содержал гибрид.

Все эти факты говорят о том, что нуклеиновым кислотам принадлежит ведущая роль в размножении вирусов и инфекциозности их. Нуклеиновые кислоты обеспечивают передачу наследственных свойств. В кислотах заключена наследственная информация по синтезу полноценных вирусных частиц внутри клетки.

Белковая оболочка вируса несет защитную функцию, охраняя от внешних воздействий хрупкую нить нуклеиновой кислоты, кроме того, помогает вирусу проникать в клетку, определяет специфичность вирусов. Но некоторые ученые не считают возможным так ограничивать значение белков. Нужны дальнейшие исследования о роли вирусных белков.

Процесс размножения вирусов принципиально отличается от процесса размножения бактерий, простейших и других клеточных организмов.

Различают четыре фазы этого процесса: прикрепление вирусных частиц к клетке хозяина, проникновение вируса внутрь клетки, внутриклеточное размножение вируса и выход новых частиц вируса из клетки.

Первая фаза - прикрепление, или адсорбция, вируса к клетке - изучена в отношении вирусов гриппа и полиомиелита. Стенка клетки имеет мозаичное строение, в одних местах ее выступают молекулы мукопротеидов, в других молекулы липопротеидов. Вирус гриппа адсорбируется на мукопротеидах, а вирус полиомиелита адсорбируется на липопротеидах. Адсорбцию можно наблюдать в электронный микроскоп. В месте адсорбции вируса на стенке клетки образуется углубление, куда втягивается частица вируса. Края углубления смыкаются, и частица вируса оказывается внутри клетки (виропексис). Одновременно с виропексисом происходит разрушение белковой оболочки вируса. Проникновению вируса гриппа в клетку способствует фермент его оболочки. Таким образом, в клетку проникает нуклеиновая кислота, освобожденная от белковых оболочек с помощью ферментов самой клетки.

В третьей фазе проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота включается в обмен веществ клетки и направляет аппарат синтеза клетки на производство белка и нуклеиновой кислоты не клетки, а новых вирусных частиц. Деятельность ферментов, участвующих в синтезе вируса, активизируется, а остальных ферментов тормозится. Кроме того, создаются новые ферменты, которых клетка не имела, но которые необходимы для синтеза вирусных частиц. Можно полагать, что в это время организуется новая единая система вирус - клетка, переключенная на синтез вирусного материала. В начале этой фазы не удается различить в клетке какие-либо элементы вируса.

Обычно нуклеиновые кислоты и белки вируса синтезируются не одновременно и в разных местах клетки. Сначала начинается синтез нуклеиновой кислоты, а затем несколько позднее идет синтез белка. После накопления этих составных частей вируса происходит их объединение, сборка в полноценные вирусные частицы. Иногда образуются неполные вирусные частицы, лишенные нуклеиновой кислоты и потому неспособные к самопроизводству (бублики).

Быстро наступает последняя фаза - выход вирусных частиц из клетки. В каком-либо месте клетки сразу выходит около 100 частиц вируса, У более сложных вирусов имеются еще внешние оболочки вирусного нуклеопротеида, которыми они обволакиваются во время прохождения через клетку и выхода из нее, при этом в состав внешних оболочек входят белки клетки хозяина.

У вирусов человека и животных выход нового потомства происходит в несколько циклов. Так, у вируса гриппа каждый цикл продолжается часов 5-6 с выходом 100 и более вирусных частиц одной клетки, а всего наблюдается 5-6 циклов в течение 30 часов. После этого способность клетки производить вирус истощается, и она погибает. Весь процесс размножения парагриппозного вируса Сен дай от адсорбции до выхода из клетки продолжается 5-6 часов.

Иногда частицы вируса не выходят из клетки, а скапливаются в ней в виде внутриклеточных включений, очень характерных для разных видов вирусов. Вирусы растений образуют включения, имеющие кристаллическую форму.

Большое внимание начинает привлекать к себе семейство микробов, получившее название "микоплазма", так как за последнее время в этой группе обнаружены возбудители различных заболеваний человека и животных. В виде скрытой инфекции они часто обитают во многих тканевых культурах - Хела и др. Микоплазмы занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. С вирусами их сближает фильтруемость через бактериальные фильтры, фильтрующиеся формы способны к саморепродукции, внутриклеточному размножению. К признакам, сближающим вирусы с бактериями, относится способность расти на питательных средах, образовывать на них колонии, а также отношение к антибиотикам, сульфамидам и их антигенная структура.

РИККЕТСИИ – мелкие, специализированные формы бактерий, обычно паразитирующие внутри эпиталиальных клеток кишечного тракта насекомых и клещей. Попадая в организм человека, некоторые виды риккетсий вызывают тяжелые заболевания.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА

Риккетсии сначала были классифицированы как особая группа микроорганизмов, занимающих промежуточное положение между бактериями и вирусами и обладающих свойствами, характерными для обоих типов возбудителей. Они имеют очень небольшие размеры (около 0,5 мкм), почти такие же, как и наиболее крупные вирусы (около 0,3 мкм), а их репродукция, за исключением одного вида, происходит только в живых клетках, т.е., как и вирусы, риккетсии являются облигатными внутриклеточными паразитами, рост и размножение которых происходят в клетках подходящего хозяина. Лишь один вид риккетсий Rochalimaea quintana, вызывающий окопную лихорадку, может расти вне клеток в кишечнике вши, а также в бесклеточной питательной среде. Более поздние исследования позволили установить, что риккетсии являются истинными бактериями, так как обладают характерным для бактерий внутренним строением и их клеточная стенка сходна с бактериальной.

Окрашивание и культивирование.

При использовании методов специального окрашивания риккетсии видны в световом микроскопе при увеличении в 900 и более раз. Для изучения тонких деталей их строения применялись методы электронной микроскопии. Риккетсии обычно имеют вид палочек, но встречаются и сферическая и нитевидная формы. За исключением указанного выше случая, риккетсии удается культивировать только в живых, чувствительных к ним клетках (в кусочках тканей, помещенных в питательную среду). Они хорошо растут в желточных мешках развивающихся куриных эмбрионов. Для этого оплодотворенные куриные яйца инкубируют около семи суток в термостате, после чего, проделав небольшое отверстие в скорлупе, вводят в них содержащий риккетсии материал. Примерно через восемь суток после заражения эмбрионы погибают в результате размножения и накопления риккетсий. Содержимое желточного мешка зараженных эмбрионов собирают, риккетсии очищают и концентрируют, а затем инактивируют с помощью химических реагентов или ультрафиолетового облучения. Такую суспензию инактивированных риккетсий используют в качестве вакцины против сыпного тифа или других риккетсиозных заболеваний. Обычно иммунизация правильно приготовленной вакциной обеспечивает высокую степень защиты организма от естественной инфекции.

Общая классификация.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Способы передачи.

Виды заболеваний и их распространение.

Вызываемые риккетсиями болезни широко распространены во всем мире, чаще всего там, где люди, грызуны и членистоногие сосуществуют в тесном контакте друг с другом. Единственное известное заболевание млекопитающих, связанное с риккетсиями, – клещевая лихорадка овец, коз и крупного рогатого скота – встречается только в Африке. Риккетсиозы человека можно условно разделить на четыре основных группы, исходя из особенностей течения заболевания, географического распространения и, частично, видов членистоногих-переносчиков:

1) Группа тифов – эпидемический сыпной тиф; эндемический (крысиный) сыпной тиф.

2) Группа пятнистых лихорадок – пятнистая лихорадка Скалистых Гор; средиземноморская прыщевая лихорадка; бразильский сыпной тиф; североазиатский клещевой риккетсиоз.

3) Группа лихорадок цуцугамуши – лихорадка цуцугамуши японская; малайский скребковый тиф; суматранский клещевой тиф.

4) Смешанная группа – окопная лихорадка; Ку-лихорадка; осповидный риккетсиоз.

Группа тифов.

В истории Европы эпидемии сыпного тифа оказали огромное влияние на развитие целых регионов, что не могло не сказаться на других странах мира. Опустошительные последствия сыпного тифа не раз определяли исход военных кампаний, перемещение народов и экономическое положение наций. Любопытный обзор влияния этого и других эпидемических заболеваний на развитие цивилизации содержится в книге Цинссера Крысы, вши и история человечества (H.Zinsser: Rats, Lice, and History).

Эпидемический, или европейский, сыпной тиф передается от человека к человеку через платяных вшей: спустя одну-две недели после укуса сыпнотифозного больного они способны заражать других восприимчивых людей. Распространению заболевания способствует холодное время года, когда создаются идеальные условия для массового размножения вшей в одежде скученно проживающих людей. Сыпной тиф – атрибут нищеты и антисанитарии.

Во время Второй мировой войны военные и гражданские врачи европейских стран активно занимались профилактикой сыпного тифа. Благодаря широкомасштабной вакцинации войск и повсеместному использованию порошковых инсектицидов (ДДТ) заболеваемость тифом сохранялась на низком уровне.

Эндемический (крысиный) тиф зарегистрирован во многих регионах мира, в том числе в юго-восточных штатах США и в Мексике, однако заболеваемость им низкая. Он передается человеку при укусе зараженных блох, паразитирующих на крысах, мышах и других грызунах, являющихся природным резервуаром этой инфекции. От одного грызуна другому патогенные риккетсии передаются тоже блохами и вшами, обитающими на этих животных. От зараженного человека инфекция может дальше распространяться уже с помощью платяных вшей подобно тому, как это происходит при эпидемическом сыпном тифе. См. также ТИФ СЫПНОЙ.

Группа пятнистых лихорадок.

Пятнистая лихорадка Скалистых Гор встречается только в Америке. В северо-западных штатах США она передается человеку при укусе инфицированными лесными кровососущими клещами, а в южных и восточных штатах переносчиками могут быть и другие виды членистоногих, в том числе собачий клещ. Патогенные риккетсии передаются у клещей от одного поколения к другому через инфицированные яйца. Другие риккетсиозы из этой группы тоже относятся к инфекциям, передающимся клещами, и по этому признаку существенно не отличаются от пятнистой лихорадки Скалистых Гор.

Группа лихорадок цуцугамуши.

Болезни этой группы не встречаются за пределами Азии, и есть основания считать их единым заболеванием с различными очагами распространения. Инфицированные клещи передают это заболевание человеку от разных видов мышей и крыс, которые являются природным резервуаром инфекции.

Смешанная группа.

В этой группе не все болезни четко классифицированы. Окопная лихорадка возникала в виде эпидемических вспышек во всех районах боевых действий во время Первой мировой войны, а также среди немецких войск во время Второй мировой войны. Как и сыпной тиф, окопная лихорадка передается вшами, хотя не исключены и другие механизмы заражения.

Ку-лихорадка была впервые описана в Австралии в 1937. Она отмечалась в период Второй мировой войны среди американских войск в Панаме и странах Средиземноморья, откуда позже была занесена в США возвращающимися солдатами.

Осповидный риккетсиоз, сходный по клиническим проявлениям с ветряной оспой, был впервые выявлен в Нью-Йорке в 1946. Большинство специалистов считают, что он передается человеку клещами, а резервуаром инфекции являются домовые мыши.

Общие симптомы и исход заболеваний.

Для большинства риккетсиозных болезней характерны продолжительная лихорадка и сыпь. Тяжесть клинической картины и смертность существенно варьируют при различных видах риккетсиозов и при разных вспышках одного и того же заболевания. Смертность иногда достигала 70% среди больных сыпным тифом и пятнистой лихорадкой Скалистых Гор и оставалась на уровне 1% при более легких риккетсиозах. У перенесших какую-либо из болезней этой группы обычно вырабатывается продолжительный специфический иммунитет, который, по-видимому, не обеспечивает защиту от других риккетсиозов.

2. Строение и жизнь микробов

Итак, микробами называются мельчайшие живые организмы, невидимые простым глазом. Как мы узнали из предыдущей главы, к микробам относятся разнообразные формы живой материи, имеющие как клеточную, так и неклеточную организацию.

Различают следующие основные группы микробов: простейшие, микроскопические грибки и дрожжи, актиномицеты, бактерии и спирохеты, риккетсии, фильтрующиеся вирусы.

Каждая группа обладает более или менее характерными для всех представителей группы свойствами, указывающими на общность их происхождения, и различной сложностью организации.

Наиболее высокую степень организации мы находим среди представителей группы простейших. Это одноклеточные организмы животного происхождения. Они обладают сравнительно крупной величиной — до 40–50 микрон (микрон равен одной тысячной доле миллиметра). Их-то в основном и наблюдали в свои лупы первые микроскописты XVII и XVIII веков. Клетка некоторых простейших чрезвычайно сложно устроена. Рассмотрим в качестве примера строение инфузории — одного из наиболее распространённых в природе представителей простейших животных, которого можно найти почти в любой луже (рис. 10). Здесь в одной и той же клетке мы находим и ядро с ядрышком, и многочисленные органы движения — реснички, окружающие толстую клеточную оболочку, и ротовое отверстие с глоткой, и выделительные органы — порошицу, и так называемые сократительные вакуоли, и сложную сеть мельчайших мышечных волоконец, позволяющих инфузории активно изгибаться.

Рис. 10. Простейшие. Инфузория:

Я — ядро; Г — глотка; ПВ — пищеварительная вакуоль; СВ — сократительная вакуоль; П — порошица

Еще более сложно строение некоторых простейших — радиолярий (рис. 11). К этой же группе принадлежит и относительно просто устроенная амёба — голый комок протоплазмы с ядром (рис. 12). Все эти организмы обладают животным типом питания — многие из них типичные хищники и поедают более мелких микробов; многие, перейдя на паразитический образ жизни, питаются красными кровяными клетками (эритроцитами) человека и животных или продуктами их распада. Среди простейших имеются и возбудители сонной болезни, дизентерии и некоторых других болезней.

Рис. 11. Простейшие. Радиолярия

Рис. 12. Простейшие. Амёба

Более однотипно строение следующей группы микробов — грибков, принадлежащих вместе с актиномицетами и бактериями уже к растительным организмам. Это или одноклеточные или многоклеточные организмы. Клетка состоит из протоплазмы с ядром, окружённой более толстой оболочкой. Тело некоторых микроскопических грибков состоит из многих клеток, соединённых в переплетающиеся нити. Это так называемые плесневые грибки или плесени (рис. 13). Они могут питаться самыми разнообразными органическими веществами и при достаточном количестве влаги часто развиваются на хлебе, крупе, кожаных изделиях, чернилах и других объектах. Хотя плесени состоят из многих клеток, но каждая отдельная клетка способна прорастать в целый организм. Некоторые плесневые грибки имеют большое практическое значение: из них добывают замечательные лекарства, например пенициллин.

Рис. 13. Плесневой грибок пенициллиум:

Другие виды микроскопических грибков существуют в виде отдельных овальных или округлых клеток. Это дрожжи. Некоторые виды дрожжей применяются в пищевой промышленности (рис. 14). Среди грибков встречаются и возбудители заразных болезней человека, животных и растений. Особенно часто грибки вызывают различные кожные заболевания: паршу, стригущий лишай, молочницу, эпидермофитию.

А — дрожжевая клетка; Б — клетка в процессе почкования; В — клетка в процессе быстрого почкования и роста; Г— образование спор внутри клетки; Д — прорастание споры

Актиномицеты — группа, промежуточная между грибками и бактериями. Они походят на грибки тем, что тело их также состоит из многих клеток и образует ветвящиеся, переплетающиеся нити, только нити эти гораздо тоньше, чем нити грибков, и приближаются по толщине к бактериям (рис. 15). Сближает их с бактериями также отсутствие обособленных ядер в клетках. Ядерное вещество у актиномицетов и бактерий распределено по всей протоплазме клетки. Эти бактериоподобные грибы чрезвычайно нетребовательны к выбору пищи и питаются такими веществами, которые негодны для питания большинства других организмов. Поэтому актиномицеты очень широко распространены в природе.

Рис. 15. Сравнительная величина нитей актиномицета и плесневого грибка:

а — актиномицета; б — плесневой грибок (увеличение — 500 ? )

Еще проще строение бактерий (рис. 16). Большинство бактерий — одноклеточные организмы величиной от 1 до 5 микрон. По форме своего тела бактерии различаются мало. Известны только три основные формы: шарообразная, палочковидная и извитая. Бактерии, имеющие шарообразную форму, называются кокками, палочковидную — бактериями и бациллами, а извитую — вибрионами и спириллами. Некоторые виды бактерий имеют жгутики, с помощью которых они передвигаются (рис. 17).

Рис. 16. Бактерии:

1–6 — различные виды шарообразных бактерий; 7–9 — палочковидные бактерии; 10–12 — извитые формы бактерий

Рис. 17. Органы движения бактерий — жгутики

При относительном однообразии своей формы бактерии чрезвычайно разнообразны по своим жизненным проявлениям. Многие из них являются возбудителями ряда заразных заболеваний человека — чумы, холеры, брюшного тифа, дизентерии и др. Многие вызывают заразные заболевания животных и растений. Размножаются бактерии поперечным делением на две части. Почти все известные бактерии можно выращивать на искусственных питательных средах.

Следующая группа — риккетсии — является как бы переходной между бактериями и вирусами. По некоторым своим свойствам риккетсии походят на бактерии, а по некоторым — на вирусы. Так же, как бактерии, они имеют клеточное строение, но размеры их клеток чрезвычайно малы — значительно меньше 1 микрона. Они едва видны при рассматривании в микроскоп с увеличением в 1500–2000 раз, но не проходят через фильтры, пропускающие вирусы, чем и отличаются от вирусов.

Главное отличие риккетсий от бактерий, сближающее риккетсии с вирусами, это то, что они не растут на искусственных питательных средах. Для своего развития они требуют живых или в крайнем случае так называемых переживающих тканей животного; они поддерживают свою жизнедеятельность, проникая внутрь клеток и размножаясь в них. Риккетсии являются, таким образом, абсолютными внутриклеточными паразитами и могут жить только используя живые клетки организма-хозяина. К риккетсиям относятся возбудители сыпного тифа и ряда других заболеваний, передающихся кровососущими насекомыми.

Внутриклеточный паразитизм — свойство, присущее также и вирусам. Так же, как и риккетсии, вирусы способны размножаться только в живых клетках. Но, как мы уже говорили, вирусы не имеют даже подобия клеточного строения. Все тело вирусов — это крошечный белковый комочек, в основном состоящий из сложного белка — нуклеопротеида (соединение белка с нуклеиновой кислотой). Некоторые вирусы, поражающие растения, способны даже к кристаллизации. По некоторым своим свойствам вирусы приближаются к неживой материи. Вирус, извлечённый из живой клетки, в которой он паразитирует, не проявляет свойств живой материи: в нём нельзя найти даже следов обмена веществ, многие вирусы в таком состоянии можно осаждать, растворять, кристаллизовать, т. е. обращаться с ними не как с живым существом, а как с химическим веществом. Но стоит вирусу после всех этих манипуляций попасть в восприимчивую к нему живую клетку, как он снова начинает интенсивно размножаться, образуя новые, подобные себе частицы. Следовательно, вирус обладает наследственностью. При изменении условий существования вирус изменяется и передает при размножении эти изменения своим потомкам. Следовательно, наследственность вируса может быть изменена под влиянием условий жизни. Некоторые вирусы обладают очень тонкими и целесообразными приспособлениями, обеспечивающими их распространение в природе. Ясно, что такие приспособления возникли в процессе долгой эволюции вирусов.

Все эти свойства — размножение, наследственность, изменчивость, способность к приспособлению и эволюции — присущи только живой материи. Поэтому мы и считаем вирусы живыми.

Итак, мы кратко познакомились со строением основных групп микробов. Оказалось, что в этом мире мельчайших живых тел наблюдается не меньшее разнообразие строения, чем среди видимых невооружённым глазом многоклеточных животных и растений — от нескольких молекул вирусного белка, стоящего на грани неживой материи, но все же обладающего всеми важнейшими свойствами живого, до сложнейшей клетки инфузории.

Различные микробы обладают различными размерами. В этом мире невидимых есть и великаны и карлики. По сравнению с частицей вируса полиомиелита (возбудителя, поражающего нервную систему человека) диаметром в 10 тысячных микрона дрожжевая клетка, имеющая в поперечнике 10 микрон, является гигантом, превышающим по своей величине вирус в 1000 раз. А дрожжевая клетка еще не самый крупный микроб. Есть и бактерии-гиганты, например, серная бактерия, так называемая беггиатоа, диаметр ее клетки равен 40 микронам. Но при сравнении величин микробов следует учитывать не только диаметр, а их объёмные размеры. Мелкая бактерия шарообразной формы, называемая стафилококком и вызывающая гноеродные заболевания человека, имеет диаметр, равный 1 микрону. Диаметр шарообразного вируса гриппа равен 1 /₁₀ микрона. Как будто бы разница не так велика, всего в 10 раз. Но подсчитайте, сколько шариков с диаметром в 1 /₁₀ микрона можно уложить в шарик диаметром в 1 микрон!

Невольно возникает вопрос: неужели при столь ничтожных величинах микробы могут играть большую роль в природе? Что может сделать тельце, имеющее размеры в тысячи и десятки тысяч раз меньшие, чем песчинка?

Действительно, одна микробная особь слишком мала, чтобы проявить ощутимое действие, но вследствие способности к чрезвычайно быстрому размножению микробы всегда производят работу большими скоплениями, насчитывающими миллиарды отдельных особей.

Средняя скорость деления бактерии, помещённой в искусственную питательную среду, равна 20 минутам. Поэтому одна бактерия уже через 10 часов может дать потомство, насчитывающее до миллиарда и более особей. Правда, по мере размножения в одном и том же объёме питательной среды в ней накапливаются вредные продукты обмена веществ, истощаются и пищевые ресурсы. Поэтому скорость размножения несколько замедляется, а через сутки и почти совсем приостанавливается. Но все же в суточной культуре количество бактерий может дойти до одного-полутора миллиардов в 1 миллилитре питательного мясного бульона. При такой густоте культуры составляющая её масса бактерий становится видимой уже невооружённым глазом: прозрачный при засеве бульон становится мутным.

В естественных условиях существования микробы размножаются также чрезвычайно быстро и образуют большие массы особей в малых объемах. В одной капельке гноя из нарыва можно найти миллионы гноеродных бактерий.

На старых сахарных заводах, где производство не было механизировано, нередко сладкий свекловичный сок, находившийся (в огромных чанах, за 10–12 часов превращался в вязкую слизистую массу, почти целиком состоящую из бактерий, которые превращают свекловичный сахар в вискозу, уже непригодную для сахарного производства. Бактерии эти, называемые лейконостоками, попадают в чан вместе с землёй, пристающей к поверхности свёклы. В почве же число микробов нередко исчисляется десятками миллионов в 1 грамме.

Ещё более удивительна быстрота размножения и накопления живой массы у многих вирусов: одна частица бактериофага — вируса бактерий, паразитирующего внутри бактериальной клетки, — уже через 13–15 минут после проникновения в живую клетку вызывает её распад, причём образуется больше сотни новых частиц бактериофага. Таким образом, в одной пробирке, содержащей 5 миллилитров бульона, после распада бактерий, первоначально заражённых одной частицей бактериофага, может накопиться до 500 миллиардов особей его.

Другим свойством микробов, способствующим сохранению и выживанию их в природе, является исключительная стойкость к вредным воздействиям окружающей среды — температурному воздействию, высушиванию, атмосферному давлению, ядовитым веществам. По своей выносливости многие микробы превосходят в этом отношении все известные нам живые существа. Можно ли себе представить организм, выдерживающий многочасовое пребывание в кипящей воде?

Оказывается, что некоторые бактерии, способные образовывать так называемые споры — тельца с толстой оболочкой и сгущённой, обезвоженной протоплазмой (рис. 18), — в этом состоянии сохраняют жизнеспособность даже после нескольких часов кипячения. Убить такие споры бактерий можно только после прогрева их при температуре 115–125° [2] . Для этого используют специальные приборы, так называемые автоклавы (рис. 19). Эти автоклавы и применяются в лабораториях, хирургических отделениях больниц, на фабриках перевязочных материалов, на консервных заводах — везде, где требуется уничтожить всех (в том числе и наиболее стойких — спорообразующих) бактерий. Процесс этот называется обеспложиванием, или стерилизацией.