Лизогения

Когда вирусологи поближе познакомились с жизнью вирусов, они обнаружили у них еще одно неожиданное свойство. Раньше считали, что любая частица вируса, попав в клетку, начинает там размножаться и в коные концов клетка погибает от непрошеных квартирантов. Но в 1921 году, а затем в середине 30-х годов в Институте Пастера в Париже была описана странная картина. К бактериям добавляли бактериофаги. Через какой-то промежуток времени все клетки должны были погибнуть, но, удивительно, часть их осталась жить и продолжала размножаться, несмотря на то, что кругом кишмя кишели фаги. Каким-то образом эти клетки получили иммунитет к фагам. Ученые выделили такие клетки, очистили их от фагов, затем стали регулярно высевать их и однажды обнаружили, что в свободной от фагов культуре бактерий, откуда ни возьмись, снова появились фаговые частицы.

Исчезнув на время, как будто спрятавшись внутри клетки, фаги снова заявили о своем существовании.

Но на этом дело не кончилось. Эти же фаги испытали на свежих, еще не зараженных культурах бактерий. Фаги по-прежнему вели себя необычно. Часть из них, как и полагалось, вызывала гибель клеток, но многие исчезали внутри клеток, а как только это происходило, клетки получали способность противостоять заражению другими такими же вирусами.

Процесс исчезновения вирусов в клетке назвали лизогенизацией, а клетки, зараженные таким вирусом, стали именоваться лизогенными. Всякие попытки обнаружить свободные фаги внутри лизогенных бактерий окончились неудачно. Вирус прикреплялся к какой-то структуре в клетке и без нее не размножался.

Куда девается вирус, оставалось неясным до 1950 года, пока заведующий отделом Пастеровского института в Париже Андре Львов и его ученики не занялись этой проблемой.

Львов и Гутман осуществили уникальный эксперимент, приоткрывший завесу, скрывавшую взаимоотношения бактерий и фагов. Начало опыта было обычным: фагами заразили бактерии, а те из бактерий, которые не погибли (то есть лизогенизировались), послужили объектом дальнейших наблюдений. Теперь на первый план выступили микроскоп и микроманипулятор, позволяющий прямо под микроскопом передвигать клетки, отделять их друг от друга, если надо смешивать их с другими клетками.

Вся эта хитрая техника нужна была для единственной цели. Раньше было отмечено, что иногда лизогенные культуры бактерий вдруг начинали снова выпускать фаги наружу. Но это наблюдение сделали на культурах, содержавших сотни тысяч бактериальных клеток. Львову и Гутману данных о поведении армии микробов было мало: они хотели знать, как ведет себя одиночная бактерия.

Вот тогда-то и понадобился микроманипулятор. С его помощью ученые отделили от общей массы лизогенных бактерий одну клетку и начали за ней следить. Клетка поделилась один раз, дав начало двум молоденьким клеткам, те, в свою очередь, через положенное время дали потомство. Пока ожидания ученых не сбылись. Клетка, подозреваемая в том, что она спрятала внутри бактериальный вирус, ничем от других не отличалась. Прошло третье деление, пятое... десятое... Засада длилась уже много часов, но, увы, безрезультатно. Клетка вела себя, как и обычно. Сменилось пятнадцать поколений бактерий, ученых одолевало сомнение, и лишь выработанное годами терпение экспериментаторов, никогда не надеющихся на мгновенный успех, заставляло Львова и Гутмана методично заменять друг друга у микроскопа через равные промежутки времени.

А время шло, клетки поделились шестнадцатый раз, затем семнадцатый... восемнадцатый... И вдруг свершилось! Во время девятнадцатого деления одна из клеток лопнула точно так, как разрывались обычные бактерии, зараженные обычным вирусом.

Наконец-то вирус, лизогенизировавший на такое длительное время клетку, дал о себе знать.

Выводы, к которым пришли ученые, были очень важными. Прежде всего они определили, что лизогенные клетки хотя и несут в себе вирус или его часть, но до поры до времени этот вирус не инфекционен. Такой внутриклеточный вирус они назвали провирусом, или, если речь шла о бактериофагах, профагом.

Затем они доказали, что провирус, попав в бактерию, не исчезает. Через восемнадцать поколений его удалось обнаружить. Оставалось предположить, что все это время профаг размножался вместе с бактерией.

Впоследствии было доказано, что обычно профаги не могут размножаться сами по себе, как это делают все остальные вирусы, а размножаются только тогда, когда размножается сама бактерия.

И наконец, третье (честь этого открытия принадлежала Львову, Симиновичу и Кьелдгарду) — способ выведения из состояния равновесия провируса. Воздействуя небольшими дозами ультрафиолетовых лучей на лизогенные клетки, удавалось вернуть их профагам способность размножаться независимо от клеток. Такие освобожденные фаги вели себя точно так, как и их предки: размножались и разрушали клетки. Львов сделал из этого единственно верный вывод — ультрафиолет нарушает связь профага с какой-то из внутриклеточных структур, после чего и наступает обычное ускоренное размножение фагов.

Но оставалось неясным, за что же в клетке цепляется профаг.

Правда, два обстоятельства, казалось, были связаны причинной связью. Первое: когда делятся клетки, делятся их хромосомы. Второе: когда делятся клетки, размножаются и провирусы. Так нельзя ли сказать — при размножении хромосом происходит размножение провирусов? Какое-то пока еще не ясное решение проблемы начало вырисовываться. Скорее всего, генетические структуры фагов (если только они есть у фагов!) каким-то образом связаны с генетическими структурами бактерий.

Но дальше этих предположений дело не шло.

Ни место прикрепления фагов в ядре бактерий, ни тот фрагмент фага, который прикреплялся, ни характер их связи определить не удавалось.

Но вот в 1952 году появилась сенсационная работа двух американских исследователей — Альфреда Херши и Марты Чейз.