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.