Сельское хозяйство

История науки: первый среди вирусов

82 года назад вирус табачной мозаики был разобран на составляющие
Симптомы вируса табачной мозаики

Симптомы вируса табачной мозаики

Общественное достояние

Как вредитель табачных плантаций долгое время не попадался в руки ученых и как он положил начало целой науке, какой вклад в его изучение внесла российская наука и один из первооткрывателей ДНК, Indicator.Ru рассказывает в рубрике «История науки».

Вирус табачной мозаики долго был обычным вирусом с одноцепочечной РНК, свернувшейся внутри, как пружинка. Он проживал свой краткий век, бурно размножаясь внутри растительных клеток на тысячи частиц, которые снова безжизненно замирали до встречи с новой жертвой, заставляя бледнеть оккупированные клетки, словно вывешивая на них табличку «занято».

Так продолжалось миллионы лет. Вирус менялся, эволюционировал и влачил существование, приличествующее объекту из двух с небольшим тысяч молекул. У него была всего одна «книга» наследственной информации длиной в 6400 нуклеотидов, завернутых в белковую оболочку — капсид.

Структура вируса табачной мозаики

Структура вируса табачной мозаики

Wikimedia Commons

Вирус поражал культурные растения, хотя начал он это делать явно раньше, чем те стали таковыми. Но тут у его жертв появился новый защитник — человек. За тысячелетия Homo напал на его след, но остановился в недоумении, не видя того, кто этот след оставляет. Нетрудно быть незаметным, имея 300 нанометров в длину!

Но даже не видя вируса, человек пытался поймать заразную частицу. Первым, кто доказал инфекционную природу заболевания табачной мозаики у пасленовых, был немецкий агроном Адольф Майер. Он искал паразита или грибок, смотрел на корни растений, проверял свет, температуру и прочие факторы, а потом, в лучших традициях Роберта Коха, «внезапно сделал открытие, что сок зараженных растений, полученный, если их истолочь в ступке, был, несомненно, инфицирующей субстанцией для здоровых растений».

Майер пропускал сок через фильтровальную бумагу, капал им на чашки, чтобы выделить и вырастить патогенные бактерии, но все было тщетно. Частицы были так малы, что удержать легко ускользающего сквозь поры бумаги виновника было практически невозможно — разве что белок мог быть так мал. Разочарованный, он решил, что белок не может размножаться сам, и не смог найти настоящее объяснение.

Адольф Майер (фотография 1875 года)

Адольф Майер (фотография 1875 года)

Wikimedia Commons

В конце XIX века поисками занялся русский ученый Дмитрий Ивановский. Он подошел к делу обстоятельнее, приготовив фарфоровые фильтры, которые использовались для выделения бактерий. Ничто крупнее бактерии не могло просочиться сквозь такие поры. Но и они не могли задержать вирус табачной мозаики. Много раз перепроверив фильтр и не найдя там ни трещин, ни другого брака, Ивановский понял, что частицы слишком малы. Он предположил, что это могла быть очень маленькая бактерия, которая почему-то не хочет культивироваться в лаборатории.

Дмитрий Ивановский

Дмитрий Ивановский

Wikimedia Commons

Ивановский рассказал о своей работе в Санкт-Петербургской Академии наук в 1892 году. Позже он также изучил таинственные кристаллические включения, которые образуются внутри клеток растений при заражении, и в 1903 году высказал гипотезу, что именно они и связаны с причиной заболевания. Но годом рождения вирусологии все равно считается 1892-й. Правда, само слово virus — «болезнетворный яд» — было придумано только в 1898 году голландцем Бейеринком, который считал его чем-то вроде инфекционной жидкости.

Так вирус табачной мозаики был «пойман с поличным» и постепенно стал знаменитым в микробиологическом мире. В 1908 году был открыт вирус полиомиелита, в 1911 — вирус саркомы Рауса (или саркомы кур), связанный с онкологическим заболеванием. Но лавры первого вируса (хоть и не из листьев пасленовых) принадлежали вирусу табачной мозаики безраздельно.

Вирус табачной мозаики

Вирус табачной мозаики

Wikimedia Commons

Ученым повезло, что структура вируса была не слишком сложной. Ровная белковая трубочка со спиральной симметрией и «пружинкой» РНК внутри, никаких икосаэдрических структур и дополнительных «одежд» из украденных у клетки кусков мембраны. Расплести ее удалось вскоре после появления подходящих методов.

В 1935 году вирус табачной мозаики кристаллизовал Уэнделл Стенли. Но вирус продолжал заражать листья табака и после этого, как ни в чем не бывало. Накапливались подтверждения, что ни одна известная бактерия так себя не ведет. Стенли увидел, что объект, вызывающий заражение, состоит почти полностью из белка, и решил, что перед ним фермент, который катализирует собственное размножение. За первую кристаллизацию вируса он получил Нобелевскую премию по химии в 1946 году.

В 1939 году вирус табачной мозаики впервые удалось увидеть в электронный микроскоп, изобретенный восемью годами ранее. Так виновник неурожайности табака потихоньку раскрыл свою личность, но не все его секреты так легко поддались ученым.

Строение вируса смогли разгадать только позже, с помощью кристаллографии. А поскольку одним из самых талантливых кристаллографов середины XX века была Розалинда Франклин, благодаря данным которой Уотсон и Крик смогли понять структуру ДНК, вирусу табачной мозаики повезло, что она решила связать с ним годы изысканий. Она предсказала его внутреннюю пустоту, а позже поняла и то, что его РНК была одноцепочечной.

Параллельно с ней работала и другая группа: Ханс Френкель-Конрат и Робли Уильямс из Беркли. В том же 1955 году они смогли показать, что в вирусе ничего нет, кроме РНК и белка. Они вплотную подошли к пониманию того, как вирусы размножаются, превращая клетку в фабрику своих деталей, которые сами собираются воедино. В 1960 году Френкель-Конрат и Уильямс секвенировали состояющую из 158 аминокислот последовательность вируса — самую длинную из известных на тот момент.

Так небольшой вирус, случайно найденный в соке растений, стал удобным объектом для изучения и обрел всемирную славу, превратившись в ключ к пониманию размножения и структуры всего своего царства. Для этого, как оказалось, не нужно быть выдающимся и сложным — ему достаточно было быть доступным для получения и вызывать большие проблемы у культивирующих табак агрономов, чтобы привлечь их внимание.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.