Сергей Чирков - Я познаю мир. Вирусы и болезни

В клетке генетически модифицированного растения вырабатывается много вирусного белка. Клетка настолько перекормлена этим белком, что, когда в нее попадает вирус с тем же белком оболочки, она просто не выдерживает и не позволяет вновь прибывшему раздеться – у нее все места на вешалке уже заняты. А вирусу совершенно необходимо снять верхнюю одежду, чтобы обнажить нуклеиновую кислоту и начать инфекционный процесс. Или могут принять пальто, но не пустят дальше гардероба – там, дальше, и так уже толпа из таких же точно вирусных белков. Вирус полностью зависит от клетки, и, если нет возможности образовать полноценные вирусные частицы, инфекция прервется, не начавшись.

Например, генетически модифицированные деревья сливы, с внедренным геном белка оболочки вируса шарки, сливы не заражались этим вирусом. Вот тля, только что покормленная вирусом. Вот она садится на сливовый лист и начинает питаться соком растения. Все идет как обычно, но растение, в отличие от немодифицированного, остается практически здоровым. Вирус оказывается неспособен распространиться даже по тому листу, на котором питалась тля, а в других листьях его не нашли и через два года.

Все было бы хорошо, да только вирусов много. Белок оболочки вируса шарки сливы, образующийся в клетках генетически модифицированного растения, защитит от заражения только этим вирусом. А от другого вируса он не защитит, потому что белки оболочки у всех вирусов разные.

Но при вирусной инфекции образуется не только белок оболочки. Продвижение вируса из клетки в клетку обеспечивает транспортный белок вируса. Он расширяет плазмодесму – коридор, соединяющий клетки, и, таким образом, дает возможность вирусу передвигаться из одной клетки в другую. Если в растение встроить ген дефектного транспортного белка, то он займет все места возле плазмодесмы, но плазмодесму не расширит и не позволит нормальному транспортному белку даже приблизиться к плазмодесме. Обнаружилось, что ген дефектного транспортного белка вируса табачной мозаики, внедренный в растения, создает устойчивость не только к вирусу табачной мозаики, но и ко многим другим, совершенно неродственным вирусам. Да, конечно, вирус может проникнуть в растение, но окажется не в состоянии распространяться по нему, а это равносильно отсутствию инфекции.

Разработано немало других способов придать растению устойчивость к вирусным заболеваниям. Получены, например, растения томатов, устойчивые к тле. Значит, тля не сможет передать растению вирусы, переносчиком которых она является.

Большинство этих разработок пока не вышли из стен лабораторий. Но, например, в США генетически модифицированный картофель выращивают с 1996 года. Зарегистрированы три типа сортов: сорт, устойчивый к колорадскому жуку; сорт, устойчивый к колорадскому жуку и вирусу скручивания листьев картофеля, и сорт, устойчивый к колорадскому жуку и вирусу Y картофеля. Оказалось, что жук практически не трогает генетически модифицированную картошку, а затраты на защиту посадок от вирусов снижаются примерно в десять раз.

Три столетия прошло с тех пор, как голландский коммерсант Антони ван Левенгук первым из людей увидел микробы в им же самим сконструированный микроскоп. Сейчас даже ребенок знает, что мир вокруг нас кишит бактериями. И вот оказалось, что почти каждый известный в настоящее время вид бактерий может заражаться одним или несколькими вирусами. Такие вирусы называются бактериофагами (то есть "пожирателями бактерий") или просто фагами.

Представим, что в прозрачный мясной бульон попали бактерии. Почувствовав себя как дома, они начинают размножаться. Их численность быстро увеличивается, и бульон мутнеет. Если к этой растущей культуре бактерий добавить бактериофаг, то часть бактериальных клеток окажется зараженной. Впрочем, вначале может показаться, что ничего не произошло: никаких видимых изменений ни в бульоне, ни в зараженных клетках не наблюдается. Так может продолжаться несколько минут, или час, или еще дольше. Затем внезапно происходит разрушение зараженных клеток, они лопаются, будто взрываются изнутри. При этом из разрушенной бактерии высвобождается большое количество новых фаговых частиц – потомков того фага, что проник в бактериальную клетку и заразил ее. Они похожи одна на другую и на исходную фаговую частицу, как две капли воды. Эти частицы в свою очередь заражают другие бактерии, процесс повторяется, и через несколько часов все бактерии оказываются уничтожены, а бульон вновь становится прозрачным.

Прозрачные пятна, образованные фагом на бактериальном газоне

Бактерии могут жить и размножаться не только в жидкости, но и на твердой питательной среде, например, на поверхности студня или желе. В этом случае они усеивают поверхность отдельными колониями или покрывают ее равномерной пленкой ("газоном", как принято выражаться на лабораторном жаргоне). Отдельную бактерию нельзя рассмотреть без микроскопа, а вот их скопления – колонии или газон – хорошо видны невооруженным глазом. Когда среди бактериальных клеток, образующих газон, оказываются зараженные, фаг последовательно разрушает вначале их, а затем окружающие клетки. В результате в газоне образуются округлые прозрачные зоны, прогалины; мутноватая бактериальная пленка выглядит в некоторых местах как бы продырявленной.

С тех пор как Роберт Кох впервые разработал желеобразную среду для выращивания бактерий, прошло более ста лет, и образование таких зон, равно как и внезапное просветление бульона наблюдали, должно быть, многие микробиологи. Наблюдать–то наблюдали, но только двум из них – Фредерику Туорту и Феликсу Д’Эррелю – пришло в голову, что причиной таких изменений может быть гибель бактерий в результате вирусной инфекции.

В 1910 году в Мексике Д’Эррель изучал, смешно сказать, понос у саранчи. Высевая испражнения больных насекомых на поверхность твердой среды – питательного агара – Д’Эррель обнаружил рост каких–то бактерий. Выросшую культуру микроба он наносил на растения, саранча пожирала такие растения и заболевала. На первый взгляд этот результат казался неизмеримо важнее того наблюдения, что некоторые газоны, случалось, бывали усеяны мелкими прозрачными пятнами, совершенно круглыми, диаметром два–три миллиметра. Ну пятна, ну круглые – наверное, была допущена какая–то ошибка, и надо попробовать более аккуратно посеять газон. Даже опытный ученый порой не сразу схватывает смысл неожиданного явления.