Составные части вируса

В 1932 году молодому американскому биохимику Уэнделлу Стенли тогдашний директор Рокфеллеровского института в Нью-Йорке Симон Флекснер предложил заняться вирусами. Они так и оставались со времен Ивановского и Бейеринка таинственными невидимками, а пора было узнать, что собой представляют эти мельчайшие организмы.

Стенли начал с того, что собрал тонну листьев табака, пораженных вирусом табачной мозаики (сокращенно ВТМ), и решил получить сок из всей этой горы. Впоследствии он признавался, что «работа была скучной и утомительной». Однако, как бы там ни было, бутыль сока он отжал. Теперь можно было исследовать сок доступными ему химическими методами. Разные фракции сока он подвергал воздействию всевозможных реактивов, надеясь получить чистый вирусный белок (Стенли был убежден, что вирус — это белок). Но долгое время не удавалось отделаться от белков растительных клеток. И все-таки однажды, перепробовав разные методы подкисления и высаливания, Стенли получил почти чистую фракцию белка, отличавшегося по своему составу от белков растительных клеток. Ученый понял, что - перед ним то, чего он так упорно добивался. Стенли выделил необычный белок, растворил его в воде и поставил раствор в холодильник. Наутро в колбочке вместо прозрачной жидкости лежали красивые шелковистые игольчатые кристаллы. Из тонны листьев Стенли добыл столовую ложку таких кристаллов.

А дальше все было как в сказке. Стенли отсыпал немного кристалликов, растворил их в воде, смочил этой водой марлю и ею натер листья здоровых растений. Трудно сказать, на что надеялся исследователь. Сок растений подвергался целому комплексу химических воздействий. После такой «массированной обработки» вирусы, скорее всего, должны были погибнуть.

Результат превзошел все ожидания. Натертые листья заболели, а через пару недель характерная мозаика белых пятен покрыла все растения. Стенли снова отжал сок из листьев, заразил ими другие растения, затем повторил эту операцию опять, а после четвертого или пятого «перевивания» вируса отжал сок из листьев, подверг его той же химической обработке и снова получил точно такие же кристаллы. Странные свойства вируса пополнились еще одним — способностью кристаллизоваться.

Эффект кристаллизации был настолько ошеломляющим, что Стенли надолго отказался от мысли, что вирус — это существо. Так как все ферменты (катализаторы реакций в живых организмах) — белки, и количество многих ферментов также увеличивается по мере развития организмов, и они могут кристаллизоваться, Стенли заключил, что вирусы — это чистые белки, скорее всего ферменты.

Известие о том, что вирусы — белки и что их можно перевести в кристаллическую форму, возбудило невиданный интерес к этим малюткам. Многие не верили, что можно получить живые кристаллы. Начались массовые исследования разных вирусов (а их к этому времени выделили довольно много), и скоро ученые убедились, что кристаллизовать можно не только вирус табачной мозаики (ВТМ), но и ряд других вирусов.

В одной капле суспензии вируса табачной мозаики содержатся тысячи вирусных частиц.
На этом снимке, сделанном в электронном микроскопе, хорошо видны вирусные частицы

Уэнделл Стенли в 1946 году был удостоен Нобелевской премии.

Мнение о том, что вирусы состоят только из белка, продержалось довольно долго. Хотя уже и Стенли обнаружил в составе выделенных им белков 2,6% фосфора, но он посчитал, что фосфор входит в молекулу особого фосфорсодержащего белка — фосфопротеина, и не придал этому никакого значения. Лишь спустя пять лет английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири нашли ошибку в определении Стенли. Никакого фосфопротеина в ВТМ не оказалось. 94% содержимого вируса табачной мозаики состояло из белка, а 6% представляло собой нуклеиновую кислоту. Вирус был на самом деле не белком, а нуклеопротеином — соединением белка и нуклеиновой кислоты.

Модель вируса табачной мозаики

Когда же исследовали состав других вирусов, это наблюдение подтвердилось. Все вирусы оказались нуклеопротеинами, причем встречались такие вирусы, в которых нуклеиновой кислоты было гораздо больше, чем в ВТМ, доходя до 30—50% от веса всего вируса.

Как только биологам стали доступны электронные микроскопы, ученые установили, что кристаллы вирусов состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли.

Одиночный кристалл вируса полиомиелита

Когда же удалось рассмотреть в электронном микроскопе отдельные вирусные частицы, то оказалось, что они бывают разной формы — и шарообразные, и палочковидные, и в виде сандвича, и в форме булавы, но всегда наружная оболочка вирусов состоит из белка, а внутреннее содержимое представлено нуклеиновой кислотой. Свернувшись в колечко, нуклеиновая кислота как бы притаилась внутри вируса, надежно защищенная белковой шубой. Такое расположение оказалось не случайным. Белки оболочки и в самом деле оберегали нуклеиновую кислоту до поры до времени, но как только наступала пора размножаться, вирус распахивал свою шубу и выпускал наружу нуклеиновую кислоту. Та начинала хозяйничать, да так умело, что у некоторых вирусов через какие-то десять—двадцать минут в клетке образовывалось несколько сотен точно таких же нуклеиновых кислот в новеньких белковых шубах. Затем они объединялись в новые вирусные частицы, в которых, удобно спрятавшись под белковыми оболочками, до поры до времени дремали нуклеиновые кислоты.

Модели различных вирусов. Их форма разнообразна: есть палочковидные, круглые,
кубические, икосаэдрические вирусы. Некоторые вирусы имеют отростки.

Теперь несколько слов про вирусы бактерий — бактериофаги. Среди них оказались довольно сложно устроенные вирусы. К ним относится и фаг Т2. По форме он напоминает головастика. У него шестиугольная головка и длинный полый хвост, на конце которого расположено нееколько хвостовых нитей. Хвост и оболочка головки состоят из белка, а внутри головки, свернутая в тугой клубок, лежит дезоксирибонуклеиновая кислота. Название «бактериофаг» означает пожиратель бактерий. Бактериофаги были обнаружены в разгар первой мировой войны англичанином Туортом и французом д'Эррелем. Эти ученые верили, что есть «нечто», что заражает бактерии, после чего в каждой клетке бактерий это «нечто» размножается и нашпиговывает клетку так, что в конце концов она лопается, выпуская наружу несколько сотен новых «убийц», готовых забраться в соседние бактерии и проделать свою «черную» работу и там. Д'Эррель убедился в том, что это «нечто» — вирус.

К растительным и животным вирусам добавились вирусы бактериальные.