Сергей Чирков - Я познаю мир. Вирусы и болезни

В JL915 году Д’Эррель работал уже в Пастеровском институте в Париже. Шла Первая мировая война, а эпидемия дизентерии, разразившаяся в одной из кавалерийских частей, подрывала боеспособность французской армии. Изучая причины эпидемии, Д’Эррель снова обнаружил прозрачные пятна на газоне шигелл (микробов, вызывающих дизентерию). Содержимое этих пятен нельзя было разглядеть в микроскоп, но мутные бульонные культуры, куда его добавляли, становились совершенно прозрачными. Бактерии, по словам Д’Эрреля, растворялись, как сахар в воде! "В одну секунду я понял, – пишет Д’Эррель, – что образование прозрачных пятен вызывалось невидимым вирусом, который паразитирует на микробах".

Д’Эррель не знал, что в этом же 1915 году появилась статья англичанина Фредерика Туорта, который обнаружил похожее явление при изучении других микроорганизмов – микрококков. Он предположил, что возбудителем может быть вирус, заражающий микрококки, развивающийся на них и разрушающий их. Работа Туорта тогда вообще осталась незамеченной и лишь через несколько лет внезапно привлекла к себе внимание в результате бума, возникшего после аналогичного открытия Д’Эрреля. Д’Эррель был и автором названия вирусов бактерий – "бактериофаги". С тех пор открыто огромное количество бактериофагов, паразитирующих на самых разных микроорганизмах, но название, присвоенное им Д’Эррелем, сохранилось до сих пор. Правда, сейчас их чаще называют просто фагами.

Фаги встречаются повсюду, где есть бактерии – в почве, в океане, в организме человека, в пищевых продуктах и в сточных водах. Фаг кишечной палочки fd ("эфдэ") обнаружили впервые в канализации Манхеттена. Другой паразит кишечной палочки фаг Qb ("кью–бэта") был выловлен в канализации города Киото – древней столицы Японии. Несколько фагов бацилл были впервые выделены из садовой земли и из перепревшего сена.

Хотя среди бактериофагов встречаются формы, напоминающие вирусы животных или растений, чаще всего они отличаются по внешнему виду от тех и от других. Вирион подавляющего большинства фагов состоит, грубо говоря, из двух частей: головки и хвостового отростка, или попросту хвоста. Головка может быть округлой или более или менее вытянутой; внутри головки упакована нуклеиновая кислота – генетический материал фага. Чаще всего это двунитевая линейная молекула ДНК. Отростки различаются сильнее. Во–первых, они могут быть разной длины, характерной для данного вида фага. Встречаются фаги с очень длинными и гибкими отростками. Встречаются фаги с таким коротким хвостом, что он едва заметен даже при разглядывании фага в электронный микроскоп. Одним концом отросток прикреплен к фаговой головке, а другой, свободный конец обычно выглядит утолщенным, как бы расплющеным, отчего несколько похож на шляпку гвоздя: эта структура называется базальной пластинкой. У некоторых фагов к базальной пластинке крепятся длинные нити – фибриллы. Фибриллами фаг ощупывает поверхность бактерии, чтобы узнать, подходит ли она для заражения, и, если подходит, фаг швартуется к бактериальной стенке. Фибриллы, как канаты, притягивают фатовую частицу к поверхности бактерии и удерживают ее там.

Распространенные формы бактериофагов: 1 – фаг с икосаэдрической головкой и длинным отростком , на конце которого расположена базальная пластинка: 2 – фаг с коротким отростком и шестью фибриллами; 3 – сферический фаг с выступами на поверхности вириона; 4 – сферический фаг с коротким отростком; 5 – нитевидный фаг

На поверхности многих бактерий есть нитевидные выросты – жгутики, с помощью которых бактерии передвигаются. И некоторые фаги наловчились набрасывать фибриллы на эти жгутики, как набрасывают лассо, соскальзывать по ним к поверхности бактерии и заякориваться там. Фаги, лишенные фибрилл, прикрепляются к поверхности бактерии непосредственно базальной пластинкой.

Отросток внутри полый; вдоль него проходит канал, по которому нуклеиновая кислота из головки фага проникает в клетку бактерии. До поры до времени внешний конец отростка запечатан базальной пластинкой.

У некоторых фагов отросток зачехлен, и этот чехол может сжиматься, как пружина. Когда фаг сталкивается с бактериальной клеткой и фиксируется на ней, чехол резко укорачивается, и находящийся внутри чехла отросток пронизывает стенку бактериальной клетки.

Так выглядит большинство вирусов бактерий, но не все. Генетический материал некоторых фагов представлен однонитевой молекулой ДНК, замкнутой в кольцо. Например, таким образом устроен генетический материал фага fd. Нитевидные частицы этого фага – одни из самых тонких из встречающихся в природе. Их толщина едва превышает 5 нанометров, зато длина составляет почти 900 нанометров. Встречаются фаги, лишенные отростка, и фаги со сферической формой вирусной частицы. Одни из самых мелких вирусов – это фаги, генетический материал которых представлен однонитевой молекулой РНК. Их икосаэдрические частицы имеют диаметр около 25 нанометров. А в Северном море обнаружили фаг совершенно богатырских размеров: диаметр головки составлял 340–400 нанометров, а длина хвоста достигала почти 3000 нанометров. По сравнению с другими фагами это просто слон среди овец.

Этой бактерии ужасно не повезло – ее атакуют сразу три вида фагов.1 – бактерия;2 – половой пиль; 3 – фаг с сократившимся отростком;4 – сферический фаг; 5 – нитевидный фаг

Начинается все с того, что вирусная частица случайно сталкивается с клеткой бактерии. Фаг способен заразить вовсе не любую бактерию. Например, фаг, заражающий кишечную палочку, не замечает – сколько бы он с ними ни сталкивался – клетки стафилококка, и наоборот. Больше того, у той же кишечной палочки известно много разновидностей (их называют штаммами), и фаги, как правило, способны очень хорошо их различать. Они охотно заражают одни штаммы и совершенно игнорируют другие. Почему так происходит? Дело в том, что на поверхности бактериальной клетки есть структуры, к которым базальная пластинка фага по форме подходит, как ключ к замку. Такие структуры называются рецепторами. Есть рецептор для данного фага – фаг способен заражать эту бактерию, а эта бактерия способна стать его хозяином. Не подходит ключик? – Ну, стало быть, эта бактерия не для него.