Царство вира

В 1946 г. американскому ученому, профессору Уинделлу М. Стэнли за открытие явления кристаллизации вируса табачной мозаики была присуждена Нобелевская премия. Через несколько лет ученые обнаружили, что этот вирус табака существует в виде кристаллов не только в пробирках, но и в пораженных растительных клетках.

Но еще в 1892 г. Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) выступил с докладом о табачной мозаике, в котором заложил основы новой науки - вирусологии. Будучи студентом, молодой исследователь заинтересовался этим опасным заболеванием табака.

Ивановский с товарищами изучает недуги табачных плантаций и наряду с "рябухой" обнаруживает еще одно заболевание этой культуры, которое назвал табачной мозаикой.

Пытаясь разгадать тайну возбудителей этой болезни, Ивановский приходит к выводу, что не бактерии, а какие-то другие "невидимки", способные проникать через специальные бактериальные фильтры Шамберлана, вызывают недуг у растений. Ученый убеждается в этом, заражая отфильтрованным соком здоровые листья и наблюдая симптомы болезни. Обобщая результаты своих исследований, ученый писал, что в фильтре находится или сама бактерия, способная проникать через фильтр благодаря своим ничтожным размерам, или, быть может, выделяемый ею растворимый яд, вызывающий заболевание. В своих исследованиях Ивановский предполагает, что болезнетворным началом являются подвижные микроорганизмы, но не обращает должного внимания на присутствие в пораженных растительных клетках кристаллов, которые, как позже стало известно, представляют собой патогенные вирусы.

Кроме растений, вирусы нередко поражают животных и человека, вызывая различные заболевания, такие, как ящур крупного рогатого скота или желтая лихорадка человека в южных странах. Среди этих невидимых врагов растительного и животного мира планеты ученые обнаружили на питательных средах с колониями бактерий "пожирателей бактерий" - бактериофагов.

Прошло немало времени, и благодаря электронному микроскопу (в самом совершенном световом вируса не увидеть) в 1939 г. ученые впервые увидели возбудителя табачной мозаики. Им оказался продолговатый палочковидный вирус длиной около 300 нм и шириной около 18 нм. Среди вирусов встречаются не только палочковидные, но также сферические - возбудители огуречной мозаики и хлороза махорки, угловатые - враги гороха и арбузов, изогнутые, вызывающие полосатую мозаику пшеницы. Английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири обнаружили, что этот нуклеопротеид на 95% состоит из белка и лишь 5% его составляют нуклеиновые кислоты, но значение нуклеиновых кислот для вирусов огромно.

В настоящее время установлена аминокислотная последовательность вирусных белков возбудителя табачной мозаики, а также показано, что, кроме ДНК, в состав нуклеопротеидов входит РНК. Белковые молекулы играют роль своеобразных защитников носителей наследственных признаков и отвечают за специфические свойства вирусов.

У различных вирусов количество и соотношение основных биополимеров изменяется. Так, например, возбудитель мозаики пшеницы в отличие от табачного состоит на 98,7% из белков и только 1,3% его составляет РНК.

Долго спорили ученые о природе вирусов, о том, что они представляют собой - живой организм или химическое вещество.

В настоящее время гипотеза о живой природе вирусов находит все больше сторонников среди ученых. Несмотря на способность кристаллизоваться в клетке и, следовательно, проявлять черты молекул, эти "невидимки" способны к размножению и изменению, что характерно только для живого. Как же проникают и ведут себя вирусы в клетках растения-хозяина? На первом этапе вирус ведет себя как пиявка, прикрепляясь к клеточной оболочке, которая затем впячивается. После внедрения в цитоплазму РНК освобождается из-под "опеки" белковых молекул и активно воздействует на клеточный аппарат. Активная экзонуклеиновая кислота нарушает функции ДНК и биосинтез белка. Затем вирусная РНК готовится к "облачению" в белковую оболочку, а в это время растительная клетка уже находится на грани гибели. Совершив свое "черное дело", вновь образовавшийся вирус устремляется через лопнувшую клеточную оболочку в другие, еще не пораженные клетки.

Благодаря многочисленным экспериментам ученым удалось размножить вирусы в искусственных условиях, например в куриных вибрионах или пробирках, добавляя в среду некоторые аминокислоты, азотистые основания и ферменты. Немаловажную роль в жизни возбудителей болезней играет температурный фактор. Нередко, используя определенную температуру, можно вызвать гибель инфекции. Для уничтожения вируса бронзовости томатов достаточно 42 °С, а для возбудителя мозаики табака необходимо 93 °С выше нуля. Интересно, что в растительной клетке иногда можно наблюдать, как вирусы приходят друг другу на помощь. Температуро устойчивый вирус жертвует свой белок, который используется другими вирусами для тепловой защиты.

Микробиологи обнаружили в природе несколько сотен вирусов. И некоторые из них получены в чистом виде, а десятки других тщательно изучаются. Как же ориентируются ученые в царстве вира (вирусы относят к отдельному царству в системе живой природы)? К сожалению, до сих пор общепринятой классификации вирусов нет. Множество различных предложений было выдвинуто вирусологами, начиная с нумерации арабскими цифрами до установления их по электронномикроскопическим фотографиям. На V Международном конгрессе микробиологов в Рио-де-Жанейро были предложены для классификации следующие признаки: форма и способ размножения, химический состав и физические свойства, иммунитет и чувствительность к веществам различной природы, факторы, влияющие на выбор растения-хозяина, а также патологические изменения в растительном организме и симптомы вирусных болезней. Для обозначения некоторых возбудителей заболеваний используют первые заглавные буквы, например ВТМ - вирус табачной мозаики.

Однако большинство патогенных вирусов имеет широкий круг растений-мишеней. 236 видов из 33 семейств поражает вирус мозаики табака, а возбудитель огуречной мозаики поражает около 92 видов из 28 семейств растительного мира. Наряду с этими фитопатогенами встречаются и узкоспециализированные организмы, например, S - вирус картофеля, поражающий только клубни. Инфекционность того или иного патогена из царства вира зависит от его концентрации в клеточном соке. Для различных вирусов этот показатель колеблется. Некоторые представители "третьего мира", присутствуя в растениях и животных, не вызывают болезней. Среди вирусов встречаются очень жизнеспособные организмы, способные сохранять свою инфекционность в течение 30 лет, после хранения в высушенном состоянии. Нередко между различными штаммами этих микроорганизмов наблюдается антагонизм. Тогда один из них невольно становится "защитником" растения от других. Изучив это явление, человек научился делать прививки зеленым кормильцам, используя ослабленные штаммы возбудителей вирусных заболеваний.

Для распространения инфекции достаточно лишь того, чтобы больное растение соприкоснулось со здоровым. Однако это не единственный путь передачи вирусных болезней. Вирусы распространяются также с растительными остатками через почву и переносятся с семенами различных растений. Такой патоген проникает через оболочку зерновки в клетки зародыша, а затем и во всходы. Например, вирусы картофеля передаются через клубни, а пораженные корнеплоды сахарной свеклы служат источником опасной инфекции. Некоторые возбудители находят надежное убежище среди сорняков, таких, как осот полевой и пырей, повилика и белена. Особенно быстро распространяется болезнь среди гидропонных культур (выращивание растений без почвы, на искусственных средах).

Большую роль в миграции этих фитопатогенов играют грибы и насекомые. Тли и цикадки, трипсы и кобылки прекрасно справляются с ролью переносчиков вирусов. Пальма первенства, несомненно, принадлежит тлям, переносящим около 90 различных вирусных инфекций. Однако не всегда насекомые передают вирусы при контакте с растением-хозяином. Некоторые из возбудителей болезней зимуют в теле шестиногих летунов, а весной вместе с яйцами попадают на листья и стебли растений. Так переносятся цикадками вирусы карликовости риса и мозаики озимой пшеницы.

Возбудители черной кольцевой пятнистости томатов и полосатости табака, мозаики резухи и короткоузлия винограда мигрируют вместе с различными видами нематод. Причем здесь наблюдается интересное явление, причины которого пока неизвестны. Одни черви передают только палочковидные формы, а другие только сферические вирусы. Кроме насекомых и нематод, активными переносчиками вирусных инфекций являются клещи. Например, смородинный клещ нередко служит "транспортом" для врагов черной смородины, а четырехногий клещ заражает лук вирусом мозаики. Нередко вирусы путешествуют вместе с микроскопическими грибами, которые служат им промежуточным хозяином.