Человек уже давно научился производить новые материалы и синтезировать сложнейшие молекулы. Однако наука не стоит на месте. Бурное развитие молекулярной биологии и генетики привело к формированию новой прикладной дисциплины – биотехнологии, основной задачей которой является разработка методов использования живых организмов для решения технологических задач.
С древних времен человек использовал микроорганизмы в хозяйстве: брожение виноградного сока, хлебопечение и др. Однако общество непрерывно двигается вперед, и по мере развития науки живые микроорганизмы стали служить человеку не только в бытовых целях, но и в научных, медицинских и фармацевтических. Одним из наиболее прогрессивных биотехнологических инструментов считаются искусственные вирусы, которые способны проникать в клетки всех типов организмов.
Что из себя представляют вирусы
Вирус – мельчайший микроорганизм, представляющий собой бесклеточную инфекционную частицу. Предполагается, что общее число вирусных частиц на порядок выше количества всех других организмов. Главной особенностью вирусов является их неспособность к самостоятельному размножению вне живой клетки, что и определяет инфекционный характер существования микроорганизма.
Строения вируса достаточно простое и включает в себя генетический материал в виде молекулы ДНК или РНК и белковую оболочку – капсид. При этом генетическое разнообразие вирусов и их умение меняться и приспосабливаться поражают.
Как создаются искусственные вирусы
Благодаря достижениям молекулярной биологии исследователям удалось расшифровать генетический материал и особенности структуры каждого вируса. Поэтому ученые по частям собирают вирусную частицу и помещают ее в отдельную живую клетку, где вирусные компоненты «воссоединяются» и оживают. Впервые искусственно воссоздать вирус удалось группе исследователей нью-йоркского университета в 2002 году.
Важно отметить, что на моменте сборки вирусной частицы ученые могут вносить необходимые изменения в ее структуру, тем самым регулируя как опасные, так и полезные для человека свойства микроорганизма.
Как используются искусственные вирусы
В сознании человека вирусы неразрывно связаны с болезнью и опасностью. Однако в современной медицине искусственные вирусы и их полезные свойства используются не во вред, а во благо человека.
Изучение патогенных вирусов
Искусственное воссоздание вирусов, в первую очередь, необходимо для изучения их строения, мутагенных способностей и особенностей патологического воздействия на здоровые клетки. Выявив на лабораторных моделях «уязвимые места» вируса, ученые могут начать разрабатывать эффективные лекарственные средства и вакцины, а врачи – определять оптимальную стратегию борьбы с вирусной инфекцией.
Борьба с бактериями
Антибактериальные препараты являются эффективным средством борьбы с патогенными бактериями и за десятки лет использования смогли спасти немало человеческих жизней. Но, к сожалению, бактерии научились приспосабливаться к антибиотикам и выработали устойчивость к действию некоторых лекарственных препаратов. Поэтому уже в начале XXI века биологи стали активно разрабатывать новый эффективный метод борьбы с бактериями.
Как известно, вирусы способны поражать любой живой организм, в т.ч. и бактерий. Воспользовавшись этой особенностью вирусных частиц, ученые выделили вирусы, опасные для бактерий – бактериофаги. Внеся генетические изменения в структуру бактериофагов, исследователи смогли получить альтернативное антибиотикам средство в борьбе со стрептококковыми, стафилококковыми и другими бактериальным инфекциям.
Инновационные лекарства
К сожалению, далеко не все болезни можно вылечить обычными лекарствами. Особенно тяжело поддается лечению заболевания нервной системы, т.к. молекулы лекарственных препаратов не способны попадать в головной и спинной мозг из-за физиологического барьера (гемато-энцефалический барьер – ГЭБ). В свою очередь, вирусы, благодаря мельчайшему размеру, беспрепятственно проникают через ГЭБ.
Такой особенностью вирусных частиц воспользовались японские ученые, разрабатывающие лекарство от болезни Альцгеймера. Изменив генетическое строение патогенного вируса, исследователи сделали инфекционный агент не только безвредным для человека, но и «настроили» его на блокировку мутировавшего белка, скопления которого в головном мозге и вызывают болезнь Альцгеймера.
Векторные вакцины
Вакцинация является наиболее эффективным методом борьбы с инфекцией. Однако иммуногенные вещества могут вызывать побочные эффекты, порой опасные для жизни человека. Для того, чтобы избежать нежелаемых последствий, ученые стали использовать обезвреженные вирусы в качестве носителя генетического материала опасного инфекционного агента. Таким образом опасные чужеродные иммуногенные белки возбудителя не вводятся в готовом виде в организм человека, а синтезируются обезвреженными непосредственно клетками человека на основе генетического материала измененного вируса.
В роли вирусных векторов обычно выступают малопатогенные вирусы ветряной оспы или аденовирусы. Векторные вакцины уже разработаны для вирусного гепатита B, ротавирусных инфекций и др. Подобная вакцина разрабатывается и от новой коронавирусной инфекции COVID-19.
Биологическое оружие
Ежегодно в мире происходит множество открытий в области биологии, биотехнологии и генной инженерии. Большинство из них имеет глобальное значение и помогает врачам предотвращать развитие инфекций или эффективно бороться с вирусами. Однако вместе с развитием науки могут возникать и новые угрозы человечеству. Истории известны случаи создания особо опасных синтетических вирусов-химер: вируса Эболы и натуральной оспы, MERS-CoV и вируса бешенства и др. Однако ни один из лабораторных прототипов не смог покинуть пределы лабораторной пробирки, что еще раз подтверждает гуманность и высокоморальные цели мировой науки и ученых.
Вирусные инфекции остаются одним из наиболее опасных заболеваний. Несмотря на то, что от некоторых вирусов ученым уже удалось разработать эффективные лекарственные средства, многие вирусные инфекции так и не удается вылечить. Поэтому перед мировой наукой стоит серьезная задача в продолжении борьбы с инфекциями и разработкой новых методов лечения. Возможно, когда-нибудь искусственные вирусы смогут использоваться и в лечении инфекций, вызванных опасными патогенными вирусами.
Источники:
- Наука и жизнь. Режим доступа: https://www.nkj.ru/
- Nature Biotechnology. Режим доступа: https://www.nature.com/
