О том, что микробы с давних пор угрожали человеку, животным и растениям, а также о том, что в далеком прошлом победа в неравном бою очень часто была на их стороне, мы подробно расскажем в четвертой части книги. К нашим извечным врагам принадлежит и еще одна группа микроорганизмов — долгое время остававшихся невидимыми и тем более опасных для человека. Это вирусы.
Часть третья. Вирусы и молекулы наследственности
Все области знания в равной мере необходимы, но некоторые из них важнее других. И биологию нам следовало бы поставить на первое место, так как ее цель — понять и объяснить сущность жизни.
Аристотель
10. Человек знакомится с вирусами
Я убедился, что сок листьев, пораженных мозаичной болезнью, сохраняет свои инфекционные свойства даже после фильтрации через свечу Шамберлана.
Д. И. Ивановский, 1892
Contagium vivum fluidum
Шел 1883 год, когда 19-летний Дмитрий Иосифович Ивановский поступил в Петербургский университет. Это было время, богатое событиями в области микробиологии, постепенно становившейся самостоятельной наукой. Кох уже открыл возбудителя сибирской язвы и стоял на пороге открытия возбудителей туберкулеза и холеры. Мечников уже был известен своим учением о фагоцитозе.
В 1884 году ученик Пастера Ш. Э. Шамберлан изобрел бактериальный фильтр, при помощи которого можно было освобождать различные жидкости от бактерий. Его соотечественник Милларде годом позднее ввел в практику бордоскую жидкость, уничтожавшую фитопатогенные грибы и тем самым спасавшую огромную часть урожаев.
В Петербургском университете молодой Ивановский имел возможность слушать выдающихся ученых — химика Д. И. Менделеева, ботаников А. Н. Бекетова и А. К. Фаминцына, оказавших на него значительное влияние. Он занимался очень усердно. Биограф Ивановского приводит такие строчки из его студенческого дневника: «Не могу понять, как можно сидеть с приятелем целый вечер и ничего не делать, говорить глупости и находить в этом удовольствие… Я устаю от вечера, проведенного в праздных разговорах».
Еще будучи студентом, Ивановский интересовался болезнями табака и изучал на Украине и в Молдавии распространение «рябухи», уничтожавшей урожаи табака. Позднее, уже как сотрудника университета, его особенно заинтересовала мозаичная болезнь табака, названная так в 1886 году голландским агрономом А. Э. Майером из-за мозаичного расположения темно- и светло-зеленых пятен на листьях табака.
Ивановский повторил опыты Майера. Листья больных растений он растер в фарфоровой чашке, их сок процедил сквозь полотно и при помощи капиллярных трубочек впрыснул эту жидкость в жилки здоровых листьев табака. Через две недели 80 % инфицированных растений были поражены мозаикой. Дальнейшие результаты, полученные Ивановским, уже отличались от тех, что содержались в сообщении Майера. После пропускания сока через фильтр Шамберлана, задерживающий бактерии, инфекционные свойства сока сохранялись, хотя Майер утверждал, что после такой фильтрации они исчезают.
На заседании Императорской Санкт-Петербургской Академии наук в 1892 году Д. И. Ивановский доложил о результатах своих опытов. В заключение доклада он высказал гипотезу, что мозаичная болезнь табака бактериального происхождения и что фильтрат, прошедший через свечи Шамберлана, содержал либо мельчайшие бактерии (способные проникнуть через этот фильтр), либо токсин, выделенный бактериями и способный вызвать мозаику у здоровых растений.
Предположение о токсине привлекало своей вероятностью: ведь за четыре года до этого французские бактериологи Э. Ру и А. Йерсен на примере дифтерии показали роль бактериальных токсинов при инфекционных заболеваниях. Все общие болезненные явления, вызываемые дифтерией, были воспроизведены у животных путем впрыскиваний одного дифтерийного токсина.
Независимо от Ивановского шесть лет спустя такие же результаты получил Бейеринк в Высшей политехнической школе в Делфте. Однако свое сообщение, датированное 1898 годом, он закончил выводом, отличавшимся от предложенного Ивановским. Бейеринк утверждал, что, во-первых, мозаику табака вызывают не микробы, a «contagium vivum fluidum» (жидкое заразное начало), или, короче, фильтрующийся вирус (термин «вирус» употреблялся в то время в значении возбудителя, инфекционного начала любой болезни); во-вторых, вирус размножается лишь в живых органах растений, и, в-третьих, вирус можно уничтожить кипячением, но при высушивании его вирулентные (инфекционные) свойства сохраняются.
Еще через четыре года Ивановский в своей докторской диссертации несколько иронически упомянул о неосведомленности Бейеринка: ведь он (Ивановский) уже доказал, что сок из больных листьев сохраняет свою вирулентность после прохождения через фарфоровые свечи (фильтр Шамберлана). Отрицал он и положение Бейеринка о том, что возбудителем инфекции является жидкость, настаивая на своем утверждении, что речь идет о мельчайших инфекционных частицах. В статьях, опубликованных позже в Германии, Ивановский продолжал развивать теорию, отрицающую предположение о том, что возбудитель мозаичной болезни табака — жидкость (contagium fluidum), и доказывающую, что им должно быть твердое инфекционное начало (contagium fixum). Он также выражал надежду, что в течение ближайших 2–3 месяцев сможет опубликовать данные о возможностях искусственного культивирования возбудителя болезни. В следующей работе он применял, однако, более осторожную формулировку, говоря, что искусственное выращивание микроба мозаичной болезни является задачей дальнейших исследований.
Оба ученых были отчасти правы, но отчасти и ошибались. Возбудителем мозаики оказалась не бактерия, как утверждал Ивановский, но и не жидкое заразное начало, как предполагал Бейеринк. Этим возбудителем был, если говорить словами Ивановского, contagium fixum — твердое начало, но размножающееся лишь в живых органах растений, как и полагал Бейеринк. Сейчас, по прошествии многих лет, мы можем сказать, что в то время этот вопрос еще не созрел для окончательного решения… А термин «фильтрующийся вирус» надолго удержался и лишь значительно позднее стал применяться в сокращенной форме — просто «вирус».
Спустя годы были открыты и другие фильтрующиеся вирусы, вызывающие болезни растений. Немецкие «охотники за микробами» Ф. Леффлер и П. Фрош доказали, что различные формы ящура крупного рогатого скота — это болезни, вызываемые фильтрующимся вирусом. Вскоре стало известно, что и желтая лихорадка, сеющая смерть среди населения южных стран, — тоже вирусное заболевание.
Так среди «охотников за микробами» постепенно выделилась особая группа исследователей, ищущих этих новых «врагов жизни», которые представляли тем большую опасность, что их нельзя было обнаружить даже в самом совершенном световом микроскопе. Только в 30-х годах, когда был сконструирован электронный микроскоп, группа ученых под руководством Фуска впервые увидела вирус табачной мозаики (1939). Но вирусы уже готовили для ученых ряд новых неожиданностей.
Бактериофаги, или «пожиратели бактерий»
Еще в период первой мировой войны удалось установить, что вирусы — враги не только человека, животных и растений; они являются также невидимыми противниками бактерий.
Английский микробиолог Ф. Туорт при выращивании белого стафилококка (Staphylococcus albus), встречающегося обычно на коже человека и его волосах, заметил, что некоторые колонии этого микроба на твердой питательной среде растворялись. Первоначально эти колонии имели обычную молочно-белую окраску, потом постепенно становились прозрачными и наконец совсем исчезали. Туорт перенес капельку массы этой исчезающей колонии на нормальную — она тоже стала «растворяться» и исчезла. Он посчитал это за проявление деятельности какого-то невидимого паразита, вызывающего распад бактериальной колонии.
Года через два после опытов Туорта канадский микробиолог Ф. д'Эрелль заинтересовался судьбой бактерий, вызывающих дизентерию. Они выделяются из организма больного вместе с испражнениями, а потом очень скоро исчезают. Инфицировав мясной бульон в пробирках небольшим количеством кала от нескольких пациентов, он оставил их открытыми на ночь при температуре 37 °C, а на другой день содержимое пробирок профильтровал через бактериальный фильтр. Капли полученного фильтрата он нанес на новую среду с чистой культурой микроба Shigella dysenteriae и наблюдал, как дизентерийные бактерии постепенно исчезали вокруг капель фильтрата. Повторив опыт несколько раз, он убедился, что в фильтрате находились какие-то живые «ультрамикробы», проникающие даже через бактериальный фильтр. Они нападали на клетки бактерий и уничтожали их. Ученый предположил, что имеет дело с живым организмом, сходным с фильтрующимся вирусом. А поскольку последний, по-видимому, питался бактериями, он назвал его бактериофагом, что означает «пожиратель бактерий».
