Сравнительное изучение было проведено и другими учеными, которые получили сходные результаты. Таким образом, исследования показали, что мутация у вирусов вызывала специфические изменения в структуре их нуклеиновых кислот и белков. Если считать вирусы неким подобием модели генов, можно предположить, что и в генах клеток, подверженных мутациям, происходят сходные химические изменения нуклеиновых кислот и белков. А это влечет за собой наследственные изменения некоторых свойств клетки.
Инфекционная РНК и реконструкция вирусов
Доказательства того, что РНК вирусов является генетическим материалом, предоставил нам все тот же ВТМ. Прежде всего ученым удалось изменить частицы ВТМ, устранив из их состава белковый компонент. В таком состоянии вирусы напоминали кусочки изолированного провода, с которого местами снят слой изоляции. Осталась нетронутой лишь РНК, однако инфекционные (вирулентные) свойства вируса сохранились. Затем ученые удаляли из ВТМ весь белок и снова испытывали вирулентные свойства частиц. Они все еще сохранялись, но стали приблизительно в 1000 раз слабее, чем неразрушенные частицы ВТМ.
Потом внимание ученых привлекли интересные опыты X. Френкель-Конрата. Очень тонкими химическими методами ему удалось отделить друг от друга РНК и белок ВТМ. Он доказал, что вирулентна лишь РНК. Затем он попытался снова связать разъединенные компоненты — белок и РНК. Ему удалась и эта операция. Воссоединение РНК с белком вернуло вирусу его прежнюю высокую инфекционность. Френкель-Конрат назвал это воссоединение компонентов вируса реконструкцией (фото 53).
На этом опыты не закончились. Впереди был наиболее сложный этап. В двух различных мутантах ВТМ (назовем их А и Б) Френкель-Конрат осторожно отделил РНК от белковой «оболочки». Потом, взяв белок из вируса А, он смешал его в пробирке с РНК, взятой из вируса Б. При этом были созданы как бы некие «перекрестные» вирусы: белковый цилиндр был от вируса А, а РНК — от вируса Б. Реконструкция, таким образом, удалась и в этом случае. Но каков был ее результат? Новый вирус обладал свойствами лишь того из прежних вирусов-мутантов, от которого была взята РНК, то есть свойствами вируса Б. О том, что это значит, говорит сам ученый:
«Этот опыт очень ярко иллюстрирует положение, согласно которому именно нуклеиновая кислота (РНК), а не белок является генетически активным материалом, важнейшим компонентом вируса, определяющим его характер и характер вызываемой им болезни».
Но можно ли на основании одних опытов с ВТМ делать столь обобщающие выводы? Рискованно. Правда, в настоящее время инфекционную РНК удалось выделить и из других РНК-содержащих вирусов: вируса полиомиелита и вируса энцефалита лошадей.
Мутации вирусов в лаборатории
Мы говорили о мутантах ВТМ, созданных природой. Сегодня нам известны уже и его лабораторные мутанты. Первые из них увидели свет в лаборатории Г. Шрамма.
Шрамм в своих опытах исходил из возможности замены аминогруппы (—NH2) в молекуле цитозина гидроксильной группой (—ОН) при помощи азотной кислоты. При таком замещении цитозин преобразуется в урацил. Мы знаем, что и тот и другой содержатся в молекулах РНК.
Шрамм ставил себе целью действием азотной кислоты изменить расположение нуклеотидов в РНК и тем самым повлиять на ее свойства. Это оказалось нелегкой задачей. Сначала нужно было выделить РНК из вирусов, а потом воздействовать на нее азотной кислотой и уже измененную РНК снова «одеть» белковой «оболочкой». Однако все это Шрамму удалось, и в результате опытов были получены мутанты ВТМ, отличавшиеся особой формой действия на растения табака. Известно уже свыше 10 таких искусственно созданных мутантов ВТМ, и их свойства сейчас тщательно изучаются. Некоторые из них отличаются даже составом аминокислот, представленных в белковых субъединицах. Читатель знает, что изменение порядка расположения нуклеотидов в РНК вызывает и изменения в наборе аминокислот в белках, поскольку нуклеотиды являются как бы «генетическим алфавитом» при синтезе белков.
Мы видели, сколько биологических тайн, сколько важных вопросов генетики помог нам разрешить мир микроорганизмов. Многое удалось нам понять и объяснить. Но многое еще и не решено. Чего можно ожидать от дальнейших исследований? Попросим ответить на этот вопрос одного из участников исследований, уже немало сделавшего на этом поприще, Френкель-Конрата. Он пишет:
«Мы делаем пока только первые, робкие шаги. Начинаем разгадывать код, раскрывающий нам тайну соотношений структуры белков и нуклеиновых кислот. Постепенно нам все яснее становится путь переноса генетической информации. Многие ученые, работающие в области химии, освещают нам понемногу и механизм действия ферментов в клетке. И когда изучение генетической информации и исследования функций ферментов сольются в едином усилии, тогда, быть может, наши дети — а возможно, лишь наши внуки — начнут понимать ту высокоорганизованную взаимную игру ферментов и генетического материала, игру энергии и процессов воспроизводства, которую мы называем жизнью».
Часть четвертая. Наши враги в царстве микробов
После чумы многие здания в городах, местечках и селах из-за отсутствия жителей совсем разрушились. Целиком опустели маленькие деревушки и хутора, правда, ни одного покинутого дома не было, но в них находились одни мертвецы. Вероятно, эти деревеньки никогда уже вновь не заселятся. А домашние животные и скот… блуждали по округе без пастухов, и все имущество человека никем не охранялось.
Английская хроника 1350 года
14. Происхождение заразных болезней
Все массовые болезни переносятся воздухом. Воздух дает нам жизнь, но он же приносит и болезни…
Гиппократ, V век до н. э.
Невидимые враги
Человеку с самого начала его существования угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно, коварно, не бряцая оружием. Бороться с ними было нечем. С какой стороны ждать нападения — неизвестно. Нападали без предупреждения, разили невидимо и без промаха, часто сеяли смерть.
Как защитить себя от врагов, которых не знаешь? Как бороться с болезнями, которые непонятным образом передаются от одного человека другому?
Какой страх должны были вселять они в прошлом! И чем большей тайной они были овеяны, тем страшнее казались. Индийцы верили, что болезни возникают по злой воле демонов. Вызывающего лихорадку демона они представляли маленьким, подобным комару, существом. Сколь близким к истине было их наивное представление, мы поняли лишь сравнительно недавно, узнав, что переносчик малярии — комар.
Гиппократ, которого называют отцом медицины, считал, что болезни связаны с повреждением «соков» в человеческом теле. Когда в 429 году до н. э. в Афинах вспыхнула чума и улицы были полны гниющих трупов, он высказал мысль — вполне справедливую, — что с трупа болезнь переходит на здоровых людей. Роль переносчика он приписывал воздуху: «Все массовые болезни переносятся воздухом. Воздух дает нам жизнь, но он же приносит и болезни». Сохранились письменные свидетельства из более ранних времен о том, что люди уже тогда предполагали о перенесении болезней с больных на здоровых. У палестинцев было точное предписание, имевшее целью предотвратить распространение проказы. Подозреваемых больных должен был осмотреть священнослужитель. Если он обнаруживал на коже симптомы начинающегося заболевания, то изолировал больного на 7 дней, после чего вновь его осматривал. При наличии признаков болезни изоляция продлевалась еще на 7 дней, а если пятно распространялось и дальше, больного объявляли прокаженным. Его ожидала полная изоляция от остальных людей. Прокаженного обязывали предостерегать случайных встречных, чтобы они не приближались к нему: «… а прокаженный, с такой язвой, должен разорвать свою одежду, распустить волосы и, бороду свою прикрыв, возглашать: «Нечистый, нечистый!» И пока будет на нем рана его — будет он нечистым, и жить будет одиноко, и жилье его будет далеко за селением…»
Эти меры, предпринимавшиеся уже более трех тысячелетий назад, мы лучше поймем и оценим теперь, в век микробиологии, поскольку знаем, что проказа — заразная болезнь, а ее возбудитель — микроорганизм.
Высказывания о заразной природе некоторых болезней встречаются также в сочинениях римских историков и поэтов. Так, Овидий писал: «Мертвецы гниют на земле, распространяя вокруг себя смрад и заразу».
В Средние века мысль о заразности отдельных болезней распространилась еще шире. На собственном опыте люди стали понимать, что заразны не только проказа и чума, но и болезни, вызывающие сыпь и пятна на теле. Богатый торговый город Венеция, посещаемый огромным количеством людей, выделил прилежащий остров для размещения лиц, прибывающих из стран, в которых распространена чума. Гостей, которые могли непосредственным контактом заразить венецианцев, держали на этом острове 40 дней. От итальянского слова «каранта» (сорок) и произошел термин «карантин», который означает санитарное мероприятие для предупреждения распространения заразных болезней, заключающееся в изоляции на известный срок больных и лиц, соприкасавшихся с ними.
