Многие различия между вирусами животных и бактериофагами обусловлены тем, что организм животного-хозяина представляет собой сложный и интегрированный комплекс, состоящий из миллионов клеток, тогда как бактериальная клетка— это изолированная и независимая единица. Однако если исходить из центрального вопроса, интересующего вирусологов, а именно размножения вирусов, то индивидуальную клетку животного следует признать важным и независимым элементом, а поэтому, чтобы должным образом понять процессы, связанные с размножением или действием вирусов на клетки, необходимо прежде всего познакомиться со структурой и функцией этих клеток.

Шеститомное руководство Браше и Мирски «Клетка» (1959—1964) и трехтомная работа Уиллмера «Культура клеток и тканей» (1965—1966) содержат обширную информацию, представляющую непосредственный интерес для вирусологов. В этой главе мы дадим краткое описание структуры и функций неспециализированной клетки позвоночных, обращая особое внимание на те аспекты, которые могут быть важны для понимания процесса размножения вирусов. Возможные механизмы действия некоторых ингибиторов метаболизма описаны с точки зрения их влияния на вирусные и клеточные функции, что необходимо для рационального использования этих ингибиторов при изучении размножения вирусов.

Знания об ультраструктуре клеток мы получаем главным образом с помощью электронной микроскопии. Клетки в культуре ткани, на которых выполнена большая часть работ по изучению размножения вирусов, на электронных микрофотографиях обычно выглядят недифференцированными.

Снаружи клетки животных ограничены цитоплазматической (или плазматической) мембраной; внутри нее находятся цитоплазма и ряд цитоплазматических органелл, из которых более всего выделяются митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть и лизосомы. В клетках высших организмов генетический аппарат сконцентрирован в ядре, также содержащем органеллы, называемые ядрышками.

Плазматическая мембрана клеток

Плазматическая мембрана клетки играет важную роль во многих аспектах поведения клетки. Она не только образует защитную оболочку, заключающую в себе клеточные компоненты, но обеспечивает также создание и поддержание градиентов концентрации многих различных типов клеточных метаболитов. Кроме того, появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что деление и дифференцировка клеток находятся под влиянием событий, происходящих на мембране; непосредственное отношение к предмету этой книги имеет то обстоятельство, что мембрана — первая поверхность, с которой сталкивается вирус при заражении клетки.

В отличие от некоторых бактериофагов, использующих ферменты для разрушения жестких бактериальных стенок и сократительные белки для введения своего генетического материала внутрь клетки, большая часть вирусов животных попадает в клетку в результате процесса активного поглощения. Специфичность прикрепления вируса определяется наружной поверхностью плазматической мембраны клетки. Движение мембраны и находящейся под ней цитоплазмы приводит к поглощению некоторых из присоединившихся частиц. Для многих вирусов мембрана — это также последний барьер, который они должны преодолеть, покидая клетку (или то, что от нее осталось) в конце инфекционного процесса.

Для других (например, содержащих липиды РНК-вирусов) плазматическая мембрана служит местом, где происходят заключительные стадии вирусного синтеза и где модифицированный мембранный материал становится частью созревшего вириона.

Наружная поверхность клеток животных представляет собой элементарную мембрану, состоящую из двойного фосфолипидного слоя, два монослоя которого толщиной около 20 А каждый разделены промежутком приблизительно в 35 А (см. обзор Робертсона, 1959). Двойной слой содержит как заряженные, так и незаряженные липиды. Полярные группы заряженных фосфолипидов ориентированы наружу, а гидрофобные цепи—внутрь элементарной мембраны. Весьма вероятно, что заряженные липиды распределены между двумя монослоями асимметрично, причем фосфатидилхолин и сфингомиелин сконцентрированы главным образом во внешнем слое, а фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин — во внутреннем (Бречер, 1972). Нейтральные липиды, например холестерин, распределены, по-видимому, равномерно.

Многие мембранные белки обнаружены в промежутке между липидными монослоями (Брэнтон, 1969) в виде глобулярных частиц, которые можно увидеть при использовании метода замораживания — травления. Наиболее вероятно, что эти белки выдаются по обе стороны двойного слоя. Как к липидам, так и к белкам часто присоединяются сложные олигосахариды, образуя соответственно цереброзиды, ганглиозиды, а также другие сложные гликолипиды или глнкопротеиды. Точно не известно, сколько различных видов полипептидов содержится в плазматических мембранах культивируемых клеток; неизвестны также их молекулярные веса и функции.

Сейчас стало ясно, что мембраны представляют собой гораздо более «текучие» структуры, чем предполагалось. При изучении движения липидных компонентов с помощью электронной спиновой метки была обнаружена исключительно быстрая латеральная диффузия молекул липидов в обоих слоях элементарной мембраны (Хаббел и Мак-Коннел, 1968); перемещение липидов из одного монослоя в другой осуществляется значительно медленнее (Корнберг и Мак-Коннел, 1971). Более того, эксперименты различного типа (в том числе добавление специфических антител или лектинов к клеткам, несущим комплементарные поверхностные рецепторы) показали, что белки мембраны также очень подвижны (Фрай и Идайдин, 1970; Тейлор и др., 1971; Николсон, 1971).

Поскольку радикальное перераспределение молекул белка на поверхности клетки может произойти в течение нескольких минут, поведение этих белков кажется подобным движению айсбергов в волнующемся море.

- Вернуться в оглавление раздела "Вирусология"