История науки: первый среди вирусов

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.

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.

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.

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.

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.