Погоня за мельчайшими организмами: как мир узнал о вирусах
Лауреат Нобелевской премии по медицине и физиологии Питер Медавар описал вирусы как «фрагмент нуклеиновой кислоты, заключенный в оболочку из плохих известий». В самом деле, вирусы сопровождают человечество на протяжении всей его истории, проявляя себя оспой, желтой лихорадкой, корью и массой других инфекций. Но то, что эти болезни связаны с особыми, неклеточными возбудителями, люди узнали лишь в конце XIX века, позднее, чем изобрели телеграф, фотографию и двигатели внутреннего сгорания.
В этом нет ничего удивительного. Вирусные частицы настолько малы, что увидеть их напрямую можно только через электронный микроскоп. Даже роль ДНК в то время оставалась плохо понятной. Однако тогда Луи Пастер и его последователи уже обосновали и развили теорию микробиологической природы инфекционных заболеваний. Вовсю развернулась работа по поиску бактерий, ответственных за появление различных болезней.
Работа по схеме
Роберт Кох, обнаруживший бактерии туберкулеза, сибирской язвы и холеры, описал инфекцию в трех «постулатах». Чтобы мы могли назвать микроорганизм возбудителем какой-то инфекции, он (1) должен постоянно встречаться в организме больных ею, (2) должен быть изолирован и выращен в чистой культуре, при заражении которой (3) здоровый человек заболеет. Так действовали и будущие первооткрыватели вирусов, исследуя некоторые тогда еще плохо понятные инфекции.
В 1879 году немецкий агроном Адольф Майер получил заказ на исследование мозаичной болезни табака и стал действовать по хорошо зарекомендовавшей себя схеме. Для начала ученый показал, что это действительно инфекция и жидкий экстракт из больного растения заражает здоровое. Однако на втором шаге работа дала сбой: отделить клетки от жидкости обычным способом – пропустив ее через бумажный фильтр, не удалось. Никаких бактерий или грибков не было видно и при рассматривании экстракта через микроскоп.
Фильтруй инфекцию
Эти результаты были опубликованы в 1886 году и весьма заинтересовали российского ботаника Дмитрия Ивановского, который также занимался болезнями табака. Он воспроизвел работы Майера, используя самые совершенные на тот день керамические фильтры – свечи Шамберлана, которые были изобретены одним из самых заметных учеников Пастера.
Жидкость в них пропускалась сквозь каолиновую глину, размеры пор в которой (0,1–1 мкм) меньше, чем клетки бактерий, поэтому они оседают на фильтре, как макароны, откинутые на дуршлаг. Однако и свечи Шамберлана с задачей не справились. Прошедшая через них жидкость выглядела стерильной и не портилась со временем, но оставалась опасной для растений. В докладе, представленном в 1892 году, Ивановский предположил, что таинственный носитель – это, скорее всего, токсин, который выделяют болезнетворные бактерии и который остается в растворе даже после самой аккуратной фильтрации.
Аналогичные опыты с мозаичной болезнью и свечами Шамберлана чуть позже провел микробиолог из Нидерландов Мартин Бейеринк. О работах Ивановского он не знал и вывод сделал совершенно другой. Бейеринк предположил, что в отфильтрованном растворе сохраняются непосредственно носители инфекции, слишком крошечные для того, чтобы задерживаться глиной. Впрочем, его представления о природе этих инфекционных агентов были еще очень далеки от современных.
От раствора до частицы
Бейеринк считал их некими полужидкими сущностями и описывал как «живую заразную жидкость» (contagium vivum fluidum), а позднее – просто как «яд» (virus). Тем не менее концептуальный шаг был сделан, и благодаря Бейеринку ученые осознали особую природу вирусов как неклеточных возбудителей. Поэтому именно с его работ, представленных в 1892 году, закончилась предыстория вирусологии и началась ее история.
Немецкие бактериологи Фридрих Лёффлер и Пол Фрош с помощью того же фильтра показали вирусную природу ящура – опасной болезни сельскохозяйственных животных, иногда поражающей и человека.
Во-первых, это было первое доказательство того, что вирусы способны поражать и животных. Уже вскоре – в 1900–1901 годах – был обнаружен и первый вирус человека, которым стал возбудитель желтой лихорадки. А во-вторых, Лёффлер и Фрош пошли дальше Ивановского, дальше Бейеринка и предположили, что вирусы не являются жидкими, а представляют собой особые частицы невероятно крошечных размеров.
Окончательное доказательство
Уже тогда вирусология развивалась впечатляющими темпами – к середине 1930-х была установлена природа множества болезней, доказано участие вирусов в развитии некоторых форм рака, были открыты вирусы бактерий (бактериофаги), началось использование лабораторных животных для исследований. Было установлено, что вирусы содержат только нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК) и белки. Но только в 1939 году гипотеза Лёффлера и Фроша получила окончательное и стопроцентное подтверждение.
Германские ученые Хельмут Руска, Густав Коше и Эдгар Пфанкух использовали новинку того времени – электронный микроскоп – и получили первые фотографии вируса. Им оказался возбудитель все той же табачной мозаики, с которой и началась вся эта история. Снимки были опубликованы в журнале с обычным непроизносимым названием Naturwissenschaften – «Естествознание».
Как вирусы взламывают наши клетки
Настоящий вирус, как и компьютерный, – не более чем программный код. Но почему наши клетки покорно принимают чужеродную программу? Об этом рассказывает интерактивный научно-популярный блог «Объясню за две минуты».
1. Любая живая клетка – это фабрика по производству белков. Из белков состоят практически все структуры клетки. А сами белки, как из кирпичиков Lego, строятся из аминокислот – маленьких и простых молекул. В человеческом организме задействовано всего 20 аминокислот.
2. На клеточной фабрике работают роботы – ферменты. Это тоже белки, но сложные. Они могут соединять и расщеплять различные молекулы, управлять химическими реакциями.
3. Ферменты строят здесь же, на клеточной фабрике, вместе с другими белками. Для этого в клетке хранится комплект рабочей документации – ДНК.
4. ДНК – это «талмуд», описывающий строение всего организма. Фермент РНК-полимераза движется вдоль ДНК и копирует отдельные листы этого талмуда на молекулы РНК.
6. Аминокислоты, ферменты, РНК – все они плавают в жидкой цитоплазме клетки, свободно перемещаясь и взаимодействуя между собой. Этой свободой пользуются вирусы.
7. Типичный вирус – это кусочек ДНК или РНК в белковой коробочке. Он даже не живой – ему и не нужно. Это просто программа, код для чужих ферментов. Достигнув клетки-хозяина, этот паразит запускает в нее свою РНК.
8. Встретившись с вирусной РНК, рибосома покорно производит детали вируса: новые оболочки и копии РНК. Клеточные ферменты помогают собрать множество копий вируса. Готовые вирусы покидают клетку.
9. После того как вирус создал множество собственных копий, клетка оказывается изнуренной из-за использования ее ресурсов. Больше вирусу она не нужна, поэтому клетка часто погибает, и новорожденным вирусам приходится искать нового хозяина.
10. Существуют разные вариации вирусов. К примеру, ретровирусы умеют встраивать свои инструкции прямо в ДНК клетки-хозяина. Человеческая ДНК содержит колоссальное количество мусорных генов, накопившихся после встреч с такими агентами. Коронавирусы забирают с собой часть клеточной мембраны хозяина в качестве дополнительной оболочки.
popmech.ru
Вверх▲
Отзывы читателей (0)
Написать отзыв▼
Архив рубрики / Другие статьи этого номера 15 (1330) от 14 апреля 2020 года
covid-19В регионе число заболевших выросло в несколько раз. Две пациентки с коронавирусом скончались
новая жизньправославиеталанты и поклонникиАнтон Лапенко рассказал «Вечернему Урганту» о своей семье, живущей в Курской области
история транспортанебесная канцелярияосновной документникто не забытчтобы помнилигромкая историябудь осторожен!острая ревностьбольшой баскетболпродолжение сезонана «карантине»финансы и спортсоцподдержкапредпринимательствоюридическая консультацияправославиесоцподдержкадокументыбиржа трудаэто важноРекомендации ВОЗ: как оставаться физически активным во время самоизоляции в связи с COVID-19
сад и огородпраздничноехозяйке на заметку
