Лекция № 9

Тема лекции: История и методология вирусологии

План лекции:

1. Зарождение вирусологии

2. Возникновение и развитие учения о вирусах бактерий

3. Развитие представлений о лизогении

4. Расшифровка природы лизогении

5. Изучение вирусов животных и человека

6. Развитие фитовирусологии

7. Заключение

1. Зарождение вирусологии

В конце XIX в. произошло важное для биологической науки событие. В 1892 г.русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский обнаружил инфекционность сока растений табака, больного табачной мозаикой, сохраняющуюся при фильтровании сока через бактериальный (фарфоровый) фильтр Шамберлана. Это событие означало открытие нового инфекционного начала, являвшегося, по мнению Ивановского, мельчайшим микроорганизмом. В ходе исследований он обнаружил в клетках больных растений кристаллические включения.

Заслуга Ивановского в том, что он смело связал существование этих кристаллов, получивших название кристаллов Ивановского, с болезнью растения. Сообщение Ивановского вызвало огромный интерес в научном мире.

В 1898 г. голландский микробиолог Мартин Бейеринк повторил опыты Ивановского и подтвердил факт фильтруемости инфекционного начала, которому он несколько позднее дал название «вирус». Эти два учёных по праву считаются основателями новой науки – вирусологии.

В том же году немецкие врачи Фридрих Лёфлер и Пауль Фрош сообщили, что животные, которым впрыскивали профильтрованную лимфу, взятую от больных ящуром животных, заболевали одновременно с получившими непрофильтрованную лимфу. Ученые сделали предположение, что профильтрованная лимфа содержит чрезвычайно мелкий микроб, как выяснилось впоследствии – вирус.

В период первых успехов микробной теории болез­ней полагали, что и рак — бактериальное заболевание, но найти вызывающие его бактерии не удавалось. После открытия вирусов стали искать раковый вирус, но опять-таки безуспешно. Все это в сочетании с тем, что рак не заразен, склонило многих ученых к мысли, что он вообще не микробного происхождения.

Между тем в 1911 г. американский врач Фрэнсис Пейтон Раус изучал куриную опу­холь, называемую саркомой. Выясняя, нет ли в сар­коме особого вируса, Раус профильтровал раковую вытяжку — оказалось, что фильтрат вызывает образо­вание опухолей у здоровых кур. Утверждать, что от­крыт вирус рака, сам Раус не решился, но за него это сделали другие.

В течение почти четверти века вирус куриной сар­комы Рауса был единственным четким примером ин­фекционного фактора, способного вызвать рак. Одна­ко после 1930 г. появились и другие примеры.

2. Возникновение и развитие учения о вирусах бактерий

Впервые спонтанное растворение (лизис) бактериальной культуры было обна­ружено в 1892 г. В. Крузе и С. Пансини при изучении роста пневмо­кокка. Спустя четыре года русский бактериолог М. Ганкин (1896) сооб­щил о бактерицидном действии воды Джамны и Ганга на холерного ви­бриона. Автор обнаружил сохранение бактерицидных свойств воды этих рек после ее пропускания через бактериальный фильтр. Растворение сибиреязвенных палочек в дистиллированной воде описал в 1898 г. Н. Ф. Гамалея, назвавший это явление бактериолизом. Он объяснил его выделением бактериями специфического вещества — бактериолизина.

Открытие вирусов бактерий (первый период их изучения) принадлежит английскому бактериологу Фредерику Творту. В 1915 г. он установил, что выделенный им литический агент, вызывающий «стекловидное преобразование» колоний микрококков, способен проходить через бактериальный фильтр, оказывать пато­генное действие и длительно пассироваться, т. е. отвечал основным кри­териям вируса, выдвинутым Д. И. Ивановским. Спустя два года, в 1917 г., аналогичное открытие на шигеллах сделал канадский бактериолог Феликс д'Эрелль, высказавший со всей определенностью, в отличие от Творта, гипотезу о живой природе агента и назвавший его бактериофагом.

Второй период в изучении вирусов бактерий (1917-1938) связан с развитием вирусной теории бактериофагов и формированием представле­ний о лизогении. Гипотеза д'Эрелля, согласно которой бактериофаг являет­ся ультрамикробом (вирусная гипотеза), определила дальнейшее развитие учения о вирусах бактерий. Она поставила два вопроса — какими свой­ствами живых организмов обладают вирусы бактерий и какие химиче­ские и структурные особенности этих вирусов обусловливают их воспро­изведение в бактериях?

Идея о паразитарной природе фага, о возможности его применения для лечения и профилактики инфекционных болезней (д'Эрелль, 1919) привлекла к бактериофагу внимание микробиологов всего мира.

Особенно интенсивно исследования по использованию фагов в меди­цинских целях развернулись в СССР. Так, первый в мире Научно-ис­следовательский институт бактериофагии был организован в 1935 г. в Тифлисе, а проблемы бактериофагии широко изучались в большин­стве микробиологических институтов и лабораторий нашей страны (В. П. Крестовникова, 1930; Н. Ф. Гамалея, 1930; Е. И. Коробкова 1937; 3. В. Ермольева, 1939).

Наряду с исследованиями, направленными на практическое исполь­зование бактериофага, проводились работы по выяснению его природы. Особенно упорно изучал свойства бактериофага Ф. д'Эрелль (1921). Он описал два способа определения числа частиц бактериофага: путем ли­зиса бульонных культур бактерий при внесении прогрессивно уменьшаю­щихся концентраций бактериофага, вплоть до разведения лизата, когда вносятся единичные частицы фага («конечное разведение»), и по числу образуемых «стерильных» пятен при посеве разведения лизата на бакте­риальный газон на плотной питательной среде (метод «стерильных» пя­тен). Этот второй метод в модификации А. Грациа (1936) широко при­меняется и сейчас.

Изучая взаимодействие бактериофага и бактерий, д'Эрелль отметил ряд этапов в этом процессе: прикрепление фага к по­верхности клетки, внедрение его внутрь клетки и размножение в ней, завершающееся лизисом клетки и выходом из нее 15—25 частиц бакте­риофага. Ему удалось наблюдать в темном поле микроскопа лизис бакте­риальной клетки и появление 15—25 мельчайших «блестящих» точек. Число их точно соответствовало количеству стерильных пятен, образуе­мых при высеве лизата на бактериальный газон. На основании этого д'Эрелль сделал верный вывод, что эти «блестящие» точки являются ча­стицами бактериофага. Он привел также ряд других доказательств кор­пускулярности бактериофага: способность его проходить через бактери­альные фильтры определенной пористости, осаждение в жидкости при длительном стоянии и др. Д'Эрелль считал, что существует только один вид бактериофага — Bacteriophagum intestinale, являющийся внутрикле­точным паразитом бактерий.

Представления д'Эрелля разделялись далеко не всеми микробиологами. Они противоречили господствовавшей в биологии концепции, согласно которой клетка является минимальной единицей жизни. Зависимость размножения фага от роста бактерий, обнаружение у фага нечувстви­тельности к действию антисептиков, отсутствие у него обмена веществ привело к появлению гипотез о неживой природе фага. Вирусной гипо­тезе фага был противопоставлен ряд других: «неживой экзогенной при­роды агента» (Т. Кабешима, 1920; А. Кутнер, 1921), «неживого агента бактериального происхождения», «извращенного обмена веществ» (Ж. Борде, М. Чиука, 1920; В. Дэвисон, 1922; Р. Дерр, 1922; Е. Джоруп, 1925). Развернулись острые и продолжительные научные дискуссии между сто­ронниками живой и неживой природы бактериофага, стимулировавшие экспериментальные исследования.

Наибольшее значение для развития вирусной теории фагов имели ра­боты австралийского бактериолога Ф. Бернета и венгерского биохимика М. Шлезингера. Бернет в 1929—1936 гг. установил, что суще­ствуют различные фаги, отличающиеся по своим физическим, физиологи­ческим и серологическим свойствам. Он показал, что адсорбция фага на бактерии является специфическим процессом и что фаг может адсорби­роваться только определенным участком поверхности клетки (рецепто­ром). Поэтому каждый фаг активен только в отношении ограниченного круга штаммов бактерий. Бернет описал мутанты бактериофагов. Он разработал также метод определения размножения бактериофага в отдельных бактериальных клетках и доказал, что в зараженной бактери­альной клетке накапливаются бактериофаги, которые при лизисе клетки внезапно выделяются в окружающую среду.

Шлезингер в 1932—1936 гг. путем измерения скорости осаждения частиц фагов при центрифугировании оп­ределил их размеры (20—90 нм). Он также первым установил, что бактериофаг представляет собой нуклеопротеид, состоящий из примерно равных количеств белка и нуклеиновой кислоты, которую он в 1936 г. идентифицировал с помощью реакции Фёльгена как ДНК.

Таким образом, к концу 30-х годов было установлено, что бактерио­фаги характеризуются автономностью, строго определенными размерами, отличаются от бактерий физиологическими, серологическими свойствами, химическим составом (нуклеопротеиды) и в этом отношении сходны с вирусами растений и животных. Выделение ВТМ в виде кристаллов, об­ладающих всеми свойствами вируса (У. Стенли, 1935), и выявление его нуклеопротеидной природы (Ф. Боуден, Н. Пири, 1936) указывало на то, что способность вирусов к размножению связана с нуклеиновой кислотой.