История иммунной системы

Когда английский врач Эдвард Дженнер создал в 1796 году первую вакцину от оспы, он еще ничего не знал о существовании и свойствах вирусов. Первый вирусный возбудитель болезни был открыт лишь столетие спустя, в 1892 году, ботаником Дмитрием Ивановским из России и Мартинусом Бейеринком из Нидерландов. Поначалу считалось, что болезнь вызывает чрезвычайно маленькая бактерия, и лишь в 1898 году Бейеринк впервые употребил слово «вирус». Речь шла о возбудителе болезни табака — табачной мозаики[12]. Этот возбудитель повреждает сосуды растений, по которым, как и по нашим кровеносным сосудам, транспортируются жидкости с питательными веществами. Внешне это заболевание проявляется в виде желтых пятен и узоров на листьях. Затем, по мере развития инфекции, листья начинают сворачиваться. Похожие мозаичные вирусы заражают также тыкву, цукини, огурцы, бобовые и другие сельскохозяйственные растения. Ивановский и Бейеринк считаются первооткрывателями вирусов и основоположниками вирусологии, которая в самом начале занималась исключительно болезнями растений.

Первый человеческий патогенный вирус был открыт в 1901 году. Речь шла о возбудителе желтой лихорадки из семейства флавивирусов, которые, как и вирус гриппа, коронавирусы и растительные мозаичные вирусы, относятся к РНК-вирусам. Все они являются причиной заболеваний, носящих характер пандемий.

Табак и кукуруза: модельные растения вирусологии

Вирусы, инфицирующие растения, не могут заражать людей, но представляют собой угрозу для продуктов, которыми мы питаемся. Так, ущерб, причиняемый вирусом полосчатости кукурузы в Африке, регулярно принимает катастрофические масштабы. Возбудитель атакует зеленые части растений и уничтожает хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. При этом на листьях появляются бледные пятна, которые впоследствии приобретают форму продольных полос. Из-за этого порой уничтожается урожай на больших площадях, так как возбудитель активно переносится насекомыми, в частности карликовыми цикадами. В условиях монокультуры вирус распространяется как лесной пожар, так как отсутствуют естественные барьеры в виде насаждений других культур. Вирус опасен еще и тем, что наряду с кукурузой он повреждает и другие сельскохозяйственные культуры, имеющие для Африки большое значение, в том числе ячмень, пшеницу и рожь. В континентальных областях южнее Сахары этот возбудитель является эндемиком. Правда, в последнее время он распространился также на восток вплоть до Мадагаскара и Маврикия.

Симптомы мозаичного вируса

Растительные вирусы и иммунная система растений часто изучаются с помощью такого модельного растения, как рис. Рис имеет огромное значение во всем мире как продукт питания человека. Известны 15 хорошо изученных в генетическом плане видов вирусов, которые заражают рисовые культуры и способны причинить большой экономический ущерб. По этой причине рис часто становится предметом изучения со стороны эпидемиологов растений[13]. Так, биологи исследовали процесс РНК-индуцируемого механизма подавления экспрессии генов (так называемого РНК-сайленсинга), в том числе и на рисе[14]. Этот механизм относится к числу важнейших защитных мер мира растений против РНК-вирусов.

После заражения клетки вирус начинает разворачивать в ней свою генетическую программу. РНК вируса высвобождается и транспортируется к рибосомам — клеточным белковым фабрикам. Там по замыслу вируса должен подвергнуться перепрограммированию процесс производства белков растения, чтобы рибосомы вместо них начали вырабатывать белки вируса. Этот процесс всегда протекает одинаково в любых зараженных вирусом организмах — бактериях, растениях, грибках, животных и людях.

Растения завоевали сушу как минимум 475 миллионов лет назад — в палеозойскую эру, а точнее, в кембрийский и ордовикский периоды. В соответствии с широко распространенной эволюционно-биологической гипотезой наземные растения образовались из водорослей, которые жили в прибрежной приливной зоне и поэтому время от времени вынуждены были находиться вне воды. Таким образом, наземные растения, по-видимому, являются потомками водорослей и поэтому унаследовали их основные иммунные функции. Позднее они выработали собственную сложную иммунную систему, которая лучше отвечала условиям существования многоклеточных форм жизни. Растения, как правило, отличаются оседлостью, то есть привязаны к одному месту произрастания, и поэтому нуждаются в эффективных стратегиях борьбы с потенциально вредными воздействиями окружающей среды.