Как микробиологи открывали мир вирусов

Фаги М13, «сгруппированные» на золотой подложке. Иллюстрация Physorg

В латинском языке корень vir означал мужчину и государственного мужа, который мог присоединяться к двум другим, входя тем самым в «триумвират». В первый триумвират входили Цезарь, Помпей и Красс, и за спиной каждого была сила их железных легионов из безжалостных и сеющих смерть «виров».

Французский микробиолог Луи Пастер использовал это старое латинское слово для обозначения смертельно опасных возбудителей болезней, сила которых определяется их вирулентностью. После открытия «настоящих» вирусов еще в 60-е годы прошлого века их определяли как «фильтрующиеся». Таким образом подчеркивая, что те проходят сквозь поры фильтров, задерживающих «вирусы» обычные, то есть микробы. Оно и понятно, если учесть, что в обычный оптический микроскоп можно было увидеть лишь черные точки самого крупного из них, вызывающего оспу.

И только с появлением электронного микроскопа выяснилось довольно сложное строение вирусных частиц. Они, как оказалось, имеют оболочку и поверхностные белки на ней (у вируса гриппа, например, это гемагглютинин и нейраминидаза). У некоторых из них более крупные протеины образуют самую настоящую корону, поэтому возбудителей восточных лихорадок стали называть коронавирусами.

Выдающийся отечественный физиолог растений и микробиолог, основоположник микробиологии Дмитрий Ивановский (1864–1925) был первым, кто при болезни табачной мозаики выделил агент, проходящий сквозь упомянутые фильтры. Через 20 лет такой же агент выделил в Рокфеллеровском институте Нью-Йорка из клеток саркомы у кур П. Раус. Вирус назвали его именем RSV (Rous Sarcoma Virus).

По другую сторону Атлантики были открыты бактериофаги, которые инфицируют кишечную палочку (E. coli), обеззараживая тем самым воду из источников. Так называемые Т-фаги имеют граненую головку, длинный гофрированный хвост, внутри которого проходит упругий канал, и концевую пластинку, к которой крепятся белковые нити. С их помощью Т-фаг «садится» на поверхность бактерии и с помощью канала протыкает ее оболочку, после чего вводит в клетку свою ДНК. Так осуществляется репродукция бактериофага, в результате клетка гибнет.

В конце 1950-х англичанин Джеймс Уотсон вместе с американцем Френсисом Криком поняли суть рентгеновских фото кристаллов молекулы ДНК, которые получила Розалинд Франклин. Статьи всех трех были опубликованы в конце апреля 1953 года в журнале Nature. Через 10 лет Уотсон и Крик представили миру набор троек-триплетов его букв, кодирующих аминокислоты белков – структуру ДНК. В 1980-м Ф. Сэнджер из Кембриджа получил вторую Нобелевскую за чтение генов. А через 22 года был расшифрован первый геном человека. Так человечество вступило в геномный миллениум. Сегодня технологии позволяют активно манипулировать генами, а через них и белками-протеинами.

Известен старый спор между Луиджи Гальвани и Александром Вольта. Оба считаются открывателями «животного» электричества. Первый полагал, однако, что мышечные волокна являются – подобно пластинам «лейденской банки», примитивного конденсатора, – накопителями заряда. Второй же утверждал, что для мышечного сокращения нужен нерв, по которому и «подводится» электричество.

В 1963 году Нобелевскую премию получили два англичанина, доказавшие, что поверхность аксона – нервного «проводника» – имеет потенциал, который при раздражении генерирует потенциал действия в виде ионного тока (Na+ и К+), распространяющийся вдоль нервного отростка в направлении мышцы, которая сокращается.

В Калифорнийском университете Беркли в пригороде Сан-Франциско показали, что электричество может генерировать и нитчатый… бактериофаг М13, длина «столбца» которого достигает 880 нанометров (нм, 0,9 микрона), а его диаметр – 6,5 нм. Путем манипуляций с генами авторы смогли модифицировать концевую пластинку вируса, добавив несколько аминокислот – глютамина и гистидина – к двум структурным протеинам бактериофага.

Известно, что белки представлены альфа-спиралью и бета-структурой. При этом первая очень чувствительна к внешним воздействиям, нарушающим ее 3D-структуру (конформацию). Проявление этого явления – денатурация, необратимое изменение того же яичного белка под действием кислоты или нагревания. Известно также, что электрический потенциал альфа-спирали меняется под действием тепла, что получило название пироэлектричество (pyroelectricity).

Получили пироэлектричество с помощью М13 и в Беркли. Ученые обращают внимание на то, что сегодня этот эффект довольно широко используется в пиросенсорах. Но никому еще не приходило в голову получать с помощью бактериофага электричество как таковое. Это, конечно же, идет вразрез с классикой жанра Гальвани и Вольта, действовавших электричеством на мышцу.

Но сегодня происходит активный пересмотр доставшегося науке классического наследия, формировавшегося по большей части наблюдением и созерцанием явлений-феноменов. Геномная суть их не подразумевалась вследствие отсутствия каких бы то ни было представлений о ней.