Некто или нечто?

Глаза двенадцатая Фаги ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

На старых голландских картинах, где достоверно выписаны подробности пейзажа, иногда можно видеть тюльпаны с пестрыми цветками. Встречаются подобные растения и ныне. Мода на тюльпаны пошла в Голландии больше трех веков назад. Владельцы поместий, богатые купцы, чиновники и ростовщики состязались между собой, стремясь развести в своих цветниках тюльпаны невиданных расцветок. Превыше всего ценились пестроцветные сорта. Был случай, когда за одну луковицу пестроцветного тюльпана богатый любитель заплатил тринадцать тысяч флоринов. Такая сумма могла бы в ту пору составить приданое богатейшей невесты… Цветоводы давным-давно заметили, впрочем, что пестрые тюльпаны нестойки, вырождаются скорее, нежели обычные, одноцветные сорта. В двадцатом веке удалось дознаться, что пестрая окраска, придающая цветку столь необычный вид, — попросту болезнь, вызываемая вирусом.

Красивая болезнь! Для нашего человечьего глаза, конечно.

Кроме таких вот творцов красоты, встречаются и добрые вирусы — опять-таки с нашей, человечьей точки зрения, — приносящие нам, так сказать, реальную пользу.

В 1939 году в лесах канадской провинции Онтарио появился опаснейший вредитель — сосновый пилильщик. Это был европеец, завезенный из Швеции. Спустя два года пилильщик размножился настолько, что возникла угроза гибели лесов (вредитель, питаясь хвоей, начисто обгладывал крону дерева). Обычные способы борьбы не помогали. И тут узнали, что в шведских лесах у пилильщика есть злейший враг — вирус, вызывающий болезнь под названием полиэдроз. Вирус полиэдроза завезли в Канаду, размножили его, приготовили суспензию, какая обычно идет для опрыскивания растений, и стали ею с самолета обрабатывать леса. Вскоре из разных мест пришли вести: пилильщик гибнет массами. В течение месяца более 90 % всех вредителей исчезло.

Подобный метод борьбы с насекомыми, приносящими вред лесам, плодовым деревьям, применяется все чаще. Он выгоднее химического метода, так как ядовитые вещества, которыми опрыскивают растения, губят иногда не только вредных, но и полезных насекомых, да и человеку могут повредить. А вирус очень строг в выборе жертвы, он поражает обычно живой организм какого-то одного определенного вида.

В свое время в Австралию завезли из Европы кроликов. Зверьки Гам одичали и размножились в таких несметных количествах, что стали приносить огромный урон, поедая урожай овощей, зерновых. Фермеры даже начали строить заборы из густой проволочной сетки, ограждая посевы от нашествия кроликов.

Но и это плохо помогало, — нельзя же опутать проволокой целый континент! Помогла болезнь, которую напустили на кроликов — миксома. Вызывается она вирусом, одним из самых крупных представителей ультрамикромира. Успех, как пишет один ученый, «был устрашающим» — вирус, завезенный в Австралию, погубил многие миллионы кроликов.

Из всех благодетельных для человека вирусов, открытых до сей поры, самый удивительный — пожиратель бактерий, бактериофаг, или просто фаг. Ну, пожиратель, — это, пожалуй, сильно сказано. Пожрать, заглотать, переварить бактерию вирус никак не может. Ибо средняя по величине бактерия объемом в десять тысяч раз больше среднего вируса. Да кроме того, ни жрать, ни переваривать что-либо вирус не способен: природа не наделила его никакими приспособлениями для подобной цели. Как бы там ни было, название «бактериофаг» утвердилось в науке. Нам остается лишь познакомиться с историей открытия этого «пожирателя» и с некоторыми его особенностями, которые стали известны науке в результате многолетних стараний многих исследователей.

Еще в прошлом веке бактериологи, которым приходится все время выращивать, пестовать, сохранять долгое время колонии всяких микроорганизмов, стали замечать, что иногда бактерии вдруг исчезают. Исчезают из закрытых пробирок, из колб, из чашечек, где до этого густо росли в бульоне или на агаре. Если микроорганизмы развивались в питательной жидкости, то она, до этого замутненная, вдруг начинает осветляться; если на агаре, то на поверхности его, сплошь занятой колонией микробов, появляются проплешины.

В конце века русский микробиолог Гамалея, тот самый Николай Федорович Гамалея, который открыл у себя на квартире в Одессе первую в России станцию для прививок против бешенства, занялся изучением бациллы, вызывающей сибирскую язву — сибиреязвенной палочки. Гамалея убедился, что при каких-то загадочных обстоятельствах густая мутная взвесь, содержащая огромное количество палочек, иногда осветляется, становится прозрачной. Какая-то неведомая сила растворяла палочки. Гамалея вначале досадовал, раздражался — гибнет материал, нужный для опытов, приходится начинать все сначала. Но убедившись, что явление это не случайно, стал изучать его. Попробовал добавить осветленной жидкости, в которой палочки растворились, в колбочку, содержащую свежую культуру сибиреязвенной бациллы. Жидкость в колбочке осветлилась, бактерии растворились — на месте довольно крупных, хорошо различимых в микроскоп палочек остались крохотные песчинки.

Подобные наблюдения вели в ту пору и другие микробиологи. Возникло предположение, что сами бактерии, развиваясь, вырабатывают какие-то ферменты, разрушающие, растворяющие бактериальные клетки. Охотники за микробами всполошились: получалось, что бактерии по каким-то причинам прибегают иногда к самоубийству! Но это противоречит законам жизни. Природа наделяет организмы разными приспособлениями для того, чтобы им выжить и размножаться, но отнюдь не для того, чтобы заниматься самоуничтожением.

Понемногу накапливались новые наблюдения, как будто не касающиеся исчезновения бактерий из пробирок и колб. Изучая очаги холеры в Индии, ученые узнали, например, что воды реки Ганг обладают удивительными свойствами — они растворяют холерные вибрионы. Попав в реку в каком-то месте вместе с нечистотами, возбудители болезни по ходу течения исчезают, тогда как, казалось, должны бы размножаться. Англичанин Франкленд выяснил, что воды Темзы обладают тем же свойством — растворяют холерные вибрионы и палочки брюшного тифа. Ученый очистил порцию темзинской воды, пропустив ее через фильтр, задерживающий бактерии. Но и очищенная вода сохранила свои свойства— убивала возбудителей холеры и брюшного тифа. Лишь после кипячения вода Темзы утратила это качество.

Во время первой мировой войны английский бактериолог Туорт, размножая на агаре стафилококков (шаровидные микробы, вызывающие нагноения), заметил, что в колониях микроба образуются прозрачные стекловидные проплешины. Они состояли из мелких зерен, что доказывало, что микроб на проплешинах погиб. Туорт много дней наблюдал это явление, размышляя о том, что может оно означать. Однажды в разгар этих размышлений он дотронулся препаровальной иглой до стекловидной проплешины, а затем кончиком этой же иглы прикоснулся к поверхности густой колонии живых стафилококков. Спустя несколько часов стафилококки в живой колонии растаяли, превратившись в стекловидные зернышки. Множество раз повторял ученый эту странную, поистине волшебную игру с иглой. И каждый раз результат был один и тот же — прикосновение иглы умертвляло миллиарды живых клеток микроба. Туорт смыл стерильной, лишенной микробов, жидкостью стекловидные проплешины и пропустил ее через свечу Шамберлена. Затем взял каплю отфильтрованной жидкости и нанес ее на колонию живых стафилококков. Все микробы погибли. Туорт решил, что это болезнь стафилококков и что ее возбудителем «мог бы быть какой-нибудь вирус…»

Опубликовав свои наблюдения в журнале «Ланцет», Туорт больше к этому явлению не возвращался. Возможно, помешала война — он был мобилизован как врач в английскую армию. Во всяком случае, слава первооткрывателя досталась не ему, а сотруднику пастеровского института в Париже Феликсу д’Эрелю. Он вел свои опыты приблизительно в ту же пору, что и Туорт, но до поры до времени они друг о друге ничего не знали.

Ученые-экспериментаторы обычно любят оседлую жизнь. Д’Эрель оказался непоседой. Родился он в Канаде, в Монреале, в 1873 году. Учился сначала во Франции, где получил степень бакалавра. Доучивался на родине. Потом скитания. В 1901 году он профессор бактериологии в Гватемале. В 1908 году он очутился в Мексике в роли бактериолога. Здесь, в штате Юкатан, д’Эрель наблюдал нашествие саранчи. Ученый заметил, что насекомые гибнут от какой-то болезни. Он стал собирать больную саранчу. Исследуя ее, он открыл микроб, вызывающий у насекомых понос, от которого они и погибают. Д’Эрель размножил микроба, решив с его помощью повести борьбу с саранчой.

В последующие годы непоседливого д’Эреля можно было видеть в Аргентине, а потом в Северной Африке. Всюду, и в Новом и Старом свете, он при помощи открытого им микроба пытался уничтожать саранчу. Культивируя врага саранчи на агар-агаре, он стал замечать на поверхности колоний микроба те самые стерильные пятна, о которых мы уже вели речь. Микроб губит саранчу, но и его, в свою очередь, нечто губит. Д’Эрель пытался разглядеть это нечто, съедающее микробов, в микроскоп, но ничего не обнаружил. Трудность была еще в том, что стерильные пятна появлялись непостоянно, чаще всего в самый неподходящий момент, когда д’Эрелю недосуг было ими заниматься. Вызвать искусственно это явление, чтобы основательно его изучить, ученый не смог.

Вскоре д’Эреля пригласили на работу в Париж, в институт Пастера. Попасть «к Пастеру» — заветная мечта каждого микробиолога. И как ни склонен был д’Эрель к бродяжничеству, он продержался в Париже больше десяти лет. В этот оседлый период он и совершил свое интереснейшее открытие.

Дело было так.

В 1914 году, уже после начала первой мировой войны, из Туниса, который был тогда французским владением, пришло известие о сильном нашествии саранчи, грозившей уничтожить весь урожай. По поручению Пастеровского института в Тунис выехал д’Эрель. Надеялись, что с помощью открытых им в Мексике микробов удастся вызвать массовое заболевание и гибель саранчи. Большого успеха в борьбе с саранчой д’Эрель, видимо, не добился. Но, размножая микробов для заражения насекомых, ученый снова время от времени наблюдал на агаре таинственные стерильные пятна. Д’Эрель показал их Шарлю Николю, микробиологу, работавшему в Тунисе. Подумав, тот заметил:

— Возможно, что это признак фильтрующегося вируса, принесенного вашими коккобациллами? Может быть, вирус и есть подлинный болезнетворный агент, а микробы — всего лишь его носители?

Стоило проверить это предположение. Д’Эрель профильтровал содержимое чашечки, в которой разводил бактерий, через свечу Шамберлена. Затем попробовал заразить саранчу фильтратом — он мог либо содержать вирусы, которые проходят через поры фильтра, либо ничего не содержать. Ни одно насекомое не заболело. Но мысль о вирусе теперь уже не покидала д’Эреля.

Вернувшись в Париж летом 1915 года, д’Эрель вскоре получил новое задание. В драгунском эскадроне, отведенном с фронта на отдых, вспыхнула эпидемия дизентерии. Надо было выяснить причину вспышки, отыскать источник заражения. Занявшись больными драгунами, д’Эрель продолжал думать о вирусах. Быть может, они имеют какое-то отношение к дизентерии? Он принялся фильтровать испражнения дизентериков через свечу Шамберлена. Фильтрат, лишенный бактерий, он вводил затем подопытным животным. Те оставались здоровы. Между тем, контрольные животные, которым он вводил непрофильтрованную жидкость, содержащую дизентерийные бациллы, неизменно заболевали кровавым поносом. Ясно, что вирус, если он и содержится в выделениях больных, не является возбудителем дизентерии.

Но стерильные пятна?! Они и тут время от времени появлялись в широких плоских чашечках Петри, на агаре, которым д’Эрель пользовался для размножения дизентерийных бацилл.

Вспышка дизентерии среди драгун вскоре угасла. Эскадрон ушел на фронт. А д’Эрель продолжал свои исследования в госпитале Пастеровского института, куда стали частенько поступать больные, пораженные тяжелой формой дизентерии. Выбрав молодого человека, которого только что уложили в госпиталь, д’Эрель решил проследить течение его болезни от начала и до полного выздоровления.

Работа была не из веселых. Место для лаборатории д’Эрелю предоставили в госпитальной мертвецкой. Здесь, в маленькой комнатке, он изо дня в день делал одно и то же дело: исследовал кровавые испражнения дизентерика. Пробирка с питательным бульоном, на котором выращивают бактерии. В нее вносятся пипеткой 10 капель жидкости, взятой из испражнений. Пробирка ставится в термостат (прибор, в котором поддерживается постоянная температура). Наутро д’Эрель фильтрует содержимое через свечу Шамберлена, то есть очищает жидкость от микробов. Затем прибавляет в новую пробирку, содержащую свежую пробу выделений, эту профильтрованную, лишенную микробов, жидкость. Подобные же наблюдения он ведет на агаре. Проходит день, другой, третий. Д’Эрель терпеливо повторяет одну за другой все канительные процедуры. Он ждет. Ему нужно уловить момент появления стерильных пятен. Такие пятна сразу выдадут таинственного пожирателя бактерий. А появятся ли пятна вообще? Поверхность агара по-прежнему покрыта сплошной колонией микробов, жидкость в пробирке остается замутненной, в ней полно возбудителей дизентерии.

И вот как-то утром, рассказывает д’Эрель, «открыв термостат, я испытал одно из тех мгновений интенсивного волнения, которые вознаграждают исследователя за все труды. С первого взгляда я убедился, что культура на бульоне, накануне сильно помутившаяся, была идеально прозрачна, все бациллы исчезли, растаяли как сахар в воде. Что же касается агара, то поверхность его была чиста… Я сразу понял, чем вызываются стерильные пятна: это действительно был… фильтрующийся вирус, но вирус, паразитирующий на бактериях… Одна мысль сразу пришла мне в голову: если это действительно так, то у больного, который накануне был в тяжелом состоянии, за ночь должно было произойти то же самое. В его кишечнике дизентерийные бациллы должны были раствориться под действием паразитов, так же как в моей пробирке… Я поспешил в госпиталь. И действительно, за ночь общее состояние больного значительно улучшилось, началось выздоровление…»

Происходило все это в 1917 году. С того времени д’Эрель научился воспроизводить стерильные пятна на агаре и вызывать осветление бактериальной взвеси в пробирке по своему усмотрению. Он мог спокойно изучать эти удивительные создания, с такой жадностью, с такой быстротой пожирающие микробов. Он так и назвал их — «бактериофаги», то есть пожиратели бактерий. Он их не видел, он наблюдал лишь следы их деятельности. Сами они только рисовались его воображению. Но то было воображение не фантаста, а исследователя, оно строго контролировалось фактами, интуицией, научной логикой.

Теперь у д’Эреля не осталось больше сомнений: он открыл мир неведомых созданий, — то ли это вирусы, то ли нечто близкое им, — которые охотятся за микробами, пожирая их. Однако в ученых кругах не все отнеслись к открытию д’Эреля столь серьезно, как он сам. Поддерживал его доктор Эмиль Ру, ученик и преемник Луи Пастера. Многие бактериологи и медики проявили, как это нередко бывает в подобных случаях, безразличие к первым публикациям о бактериофаге; другие принимали д’Эреля за фантазера; третьи объявили его шутником.

Один из его коллег сказал:

— Если бы этот бактериофаг существовал, я бы обязательно обнаружил его за то время, что занимаюсь культурами микробов!

Однажды молодой американский микробиолог мисс Хэрд, приехав в Париж, провела несколько дней в лаборатории д’Эреля. Он показал ей, как за два-три часа растворяется полностью, под воздействием фага, большая колония микробов. Американка попросила у д’Эреля немного культуры фага.

Вернувшись к себе в Нью-Йорк, она в лаборатории продемонстрировала работу невидимых пожирателей. Потом д’Эрель получил письмо. Огорченная и расстроенная, мисс Хэрд писала, что, хотя опыт прошел успешно, сотрудники института высмеяли ее, иронически поздравляя с тем, что она «научилась во Франции ловко показывать бактериологические фокусы» (Пройдет лет тридцать — сорок, и американцы же, пользуясь фагом, поставят такие опыты, в сравнении с которыми любой фокус покажется сущим пустяком).

Но д’Эрель был настойчив и на редкость целеустремлен. Он не бросил, подобно Туорту, свое открытие, а добился того, что бактериофаг, в конце концов, признали во всем мире.

В двадцатые годы д’Эрелем снова овладел дух бродяжничества. Он объездил чуть не полсвета. И в каждом месте, тотчас по прибытии, устраивал лабораторию и принимался за своих фагов. Индокитай: борьба с холерой. Голландия: профессорская кафедра в Лейденском университете. Египет: член санитарного морского совета и карантина. Индия: борьба с холерой. США: профессор йельского университета. Советский Союз: участие в создании института бактериофага в Тифлисе. В конце тридцатых годов д’Эрель вернулся в Париж. Казалось, что странствия кончились, ему уже было под семьдесят. Но тут началась вторая мировая война, гитлеровские войска вторглись во Францию. Д’Эрель не мыслил себе жизни под нацистами. Воспользовавшись своим канадским подданством, он уехал за океан. После освобождения Франции он вернулся в Париж. Тут и умер в 1949 году…

Д’Эрель познал славу при жизни, что случается далеко не с каждым первооткрывателем. Ему не просто сопутствовала удача, он был вознагражден за свою неутомимость. В Индокитае, ведя борьбу с холерой, он пришел к убеждению, что люди погибают от этой болезни в том случае, если у них в кишечнике нет фагов. В Индии он занялся изучением куриной холеры, болезни, которая распространяется с огромной быстротой, уничтожая целые стада кур. Д’Эрель заметил, что иногда от большого стада, пораженного холерой, остаются в живых одна-две курицы. Исследуя помет выживших кур, Д’Эрель неизменно обнаруживал в нем фагов. Он заметил, что такие куры, если пустить их в стадо, быстро заражают фагом всех других кур. Развивается своего рода эпидемия. От настоящих эпидемий она отличается лишь тем, что фаг, быстро развившись, не поражает организм, а защищает его от болезнетворных бактерий. Подобную же картину наблюдал д’Эрель позднее в той же Индии, в селениях, где холера свирепствовала среди людей. Один-два человека, носители фагов, могли, сами того не подозревая, «заразить» пожирателями бактерий всех окружающих, и эпидемия прекращалась.

Д’Эрель, таким образом, пришел к убеждению, что бактериофаг надо вводить в лечебную практику и в качестве профилактического, предупреждающего болезнь, средства, и в качестве лекарства для излечения заболевших. Чтобы доказать свою правоту, он начал ставить опыты широко. Заведя большое стадо кур, он всех их заразил холерой. Затем стал поить стадо водой, в которую добавлял фагов, убивающих бациллу куриной холеры. Опыт прошел удачно, куры излечивались. Тогда он стал лечить и людей. Детям, заболевшим дизентерией, он назначал микстуру, содержащую фаг, убивающий возбудителя этой болезни. Дети выздоравливали.

Весть о том, что д’Эрель при помощи своих фагов излечивает в Индии не только кур, но и людей, быстро разнеслась по всему свету. Теперь-то парижские и нью-йоркские скептики, высмеивавшие д’Эреля, конфузливо смолкли. Опыты д’Эреля стали повторять во многих странах в десятках лабораторий. И всюду — успех.

Не только д’Эрелю, но и многим другим казалось, что найдено чудодейственное средство, которое избавит человечество едва ли не от всех микробных болезней. Американский писатель Синклер Льюис отразил эти чаяния в своем романе «Эроусмит», вышедшем в 1925 году. Главный герой романа молодой бактериолог Мартин Эроусмит так убежден в целебной силе фага, что берется излечивать им людей, заболевших чумой.

Продолжая изучение бактериофага, Д’Эрель пришел к мысли, что на нашей планете идет непрерывная война между микробами и фагами. Всюду в живых организмах фаг подстерегает бактерий, чтобы атаковать их и уничтожить. Нападая на бактерию, фаг прилипает к ее оболочке, потом проникает внутрь, чтобы совершить там свою разрушительную работу. Выздоровление больного зависит от исхода борьбы между бактерией и фагом. Победит бактерия — смерть, победит фаг — жизнь.

Так д’Эрель рисовал в своем воображении фагов и их роль в природе. Почему в воображении? Да потому, что ни он, и никто другой в те годы (двадцатые — тридцатые) фага не видел и видеть не мог. Современных бактериологов и вирусологов особенно поражает то, что большинство предположений д’Эреля оказались верными. Он преувеличил роль фагов в природе — на самом деле все гораздо сложнее. Но самый фаг и его атака, кончающаяся гибелью клетки, представлены им на редкость точно, так, словно он видел все это в обычный микроскоп.

В 1940 году ученые разглядели и сфотографировали фага. Удалось это сделать с помощью электронного микроскопа при увеличении в двадцать тысяч раз. Флаг выглядел необычно, он напоминал головастика. Спустя несколько лет после этого события, когда д’Эрель уже вернулся в освобожденный от немцев Париж, один из сотрудников института Пастера сказал старому ученому:

— Каким счастливцем вы должны были чувствовать себя в тот день, когда электронный микроскоп позволили вам заглянуть в лицо бактериофага!

— Почему? — спокойно спросил д’Эрель. — Это была только деталь, и я совсем не нуждался в ней, чтобы поверить в существование моего фага!

Собеседник д’Эреля подумал об астрономе Леверье, который в 1845 году открыл планету Нептун, не видя ее в телескоп, с помощью одних только математических вычислений..

Бактериофаг стали широко употреблять для лечения разных болезней, прежде всего дизентерии. На первых порах результат был хороший. Потом… Потом наступило разочарование. Медики стали говорить, что фаг даже и дизентерию не во всех случаях излечивает, а уж о других болезнях и говорить не приходится. Появились новые лекарства, появился могучий пенициллин. И о бактериофаге стали забывать.

Что же произошло? Сначала всеобщее ликование, чудесные исцеления и вдруг — не то. Ведь фаг остался фагом, бактерия — бактерией?

В той гигантской битве, которая никогда не затихает в природе (зовется она борьбой за существование), вряд ли когда случается так, чтобы один какой-нибудь вид одержал легкую и скорую победу. Для побежденного, поверженного всегда отыщется лазейка, которую он использует, чтобы выжить. Выжив, он выйдет из передряги окрепшим, более приспособленным и передаст свои новые свойства потомству.

Вот какую картину поистине драматической схватки представил нам в своей книге крупнейший современный американский вирусолог, лауреат Нобелевской премии Уэндел Стэнли.

В лаборатории в стеклянной чашке, наполненной питательным бульоном, содержалась большая колония бактерий, выросшая из одной особи путем последовательного деления клеток. В чашку пустили фага, убивающего эту бактерию. Частицы фага устремились в атаку, и вскоре все было кончено — все бактерии растворились, исчезли. Все ли? В осветленной жидкости остались невредимыми две-три бактериальные клетки. Всего две-три из многих миллионов. Не то чтобы они притаились, спрятались. Куда тут спрячешься? По каким-то причинам фаг не смог их одолеть. Уцелевшие бактерии стали делиться, все умножаясь и умножаясь в числе. От каждой выжившей особи произошла новая большая колония. Все это «на глазах» у миллиардов фаговых частиц, которые сновали вокруг, передвигаемые непрерывно движущимися молекулами воды. Что же, народился вдруг новый вид бактерий, неуязвимых для фага? Нет, не так скоро… То были бактерии прежнего вида, но в клетке возникли какие-то передаваемые по наследству изменения— мутации, которые предохраняют вид от фага.

Вот почему фаг вначале избавлял людей от дизентерии, а потом, когда его начали применять широко, стал давать все меньший и меньший эффект. Народились, размножились целые расы фагоустойчивых микробов.

Картина схватки в чашке с бульоном рождена не воображением ученого: на электронно-микроскопическом снимке при увеличении в 30 тысяч раз видно, как фаги, имеющие форму ракеток для пинг-понга, атакуют кишечную палочку, облепив ее со всех сторон…

Да, погибла отличнейшая идея, рожденная в двадцатые — тридцатые годы нашего столетия: искоренить при помощи бактериофага все микробные болезни, донимающие род человеческий испокон веков: ну, скажем, размножить фаг, убивающий холерные бактерии, по всему свету, так, чтобы вывелись все возбудители этой страшной болезни. Как мы убедились на примере схватки в стеклянной чашечке, природа не поощряет столь решительные действия. Вероятно, фаг уничтожает какую-то часть холерных вибрионов (вспомним самоочищение вод Ганга и Темзы), но какая-то часть их выживает, продолжая род. Даже самый деятельный кот не способен выловить всех мышей в доме. Зато при нем мыши ведут себя смирно, редко показываясь из щелей.

Так что же, выходит, открытие д’Эреля не приносит в наши дни никакой практической пользы? Нет, почему, фаг используют в медицине и теперь, хотя и не так широко, как лет тридцать назад. Но сегодняшняя его слава в другом.

Тут начинается новая глава в истории пожирателей бактерий. Фаг, не оправдавший больших надежд как целитель, получил новую профессию: он стал в руках ученых разведчиком, ищейкой. При его помощи человек выпытывает у природы просто поразительные вещи.

В двадцатые и тридцатые годы, когда была надежда искоренить при помощи фага всех микробов, вызывающих болезни, многие сотни исследователей изучали его природу, его повадки. И этот труд не пропал даром. Интерес медиков к фагу поослаб, но зато им усердно занялись биохимики, биофизики, генетики — одним словом, вся армия ученых, посвятивших себя разгадке тайн жизни. Фаг вышел, как теперь говорят, на передний край биологической науки…

Еще в начале сороковых годов стало известно, что фаг имеет головку и отросток — некоторое подобие хвоста. Головка — она шестигранная, иногда восьмигранная — и хвост защищены чехлом; на хвосте чехол имеет вид гармошки. Хвост увенчан площадочкой, от нее отходят несколько тончайших, нежнейших нитей. Иные фаги похожи на головастиков, иные напоминают ракетку для пинг-понга, иные — гранату с рукояткой. А есть и такие, что на снимках, сделанных под электронным микроскопом, смахивают на летящую ракету. Впрочем, никто не знает, способен ли фаг не то что летать, а и вообще передвигаться без чужой помощи.

Фаги уже по одному своему виду — единственные в своем роде создания, ничего подобного наука в живой природе не наблюдала. Уж до того они странны, что кажутся занесенными из другого, не нашего, мира. Сейчас вы в этом убедитесь.

Чехол, отросток в виде хвоста, гармошка, нити… Не для украшения же все это, природа такого не знает — украшать. Что же там все-таки внутри, под чехлом? Удалось узнать и это. Головка заполнена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), той самой, которая служит в живых организмах передатчиком наследственных свойств, то есть как бы строго следит, чтобы от микроба произошел в точности такой же микроб, от зайца в точности такой же зайчонок. Хвост и чехол фага состоят из белковых молекул.

Фагу надобно попасть внутрь бактерий — только в клетке он, как все вирусы, может размножиться. Как это ему удается? Ведь бактериальная клетка защищена двухслойной оболочкой, которую не так-то легко пробить. И вот тут оказывается, что фаг даже и не проникает в клетку! То есть проникает, но не весь…

Хвост служит фагу для атаки. Вероятно, на кончике его есть фермент, который разрыхляет, делает более проницаемой оболочку клетки в том месте, где фаг присасывается к ней своей площадочкой. Фермент, возможно, своего рода ключ, при помощи которого фаг получает доступ внутрь клетки. Как только фаг прилепился к стенке клетки, гармошка-чехол сокращается, хвост, словно шпага, пробивает оболочку бактерии, и внутрь клетки изливается, впрыскивается содержимое головки фага — нуклеиновая кислота. Всё! Белковый чехол остается снаружи, отваливается от оболочки. Не нужен больше.

Фаг на мгновение превратился в некое подобие шприца, которым делают инъекции! Так ли? А если так, то каким образом удалось это узнать? Фаг ведь невидим в обычный микроскоп, а следить за его действиями в электронный микроскоп тоже невозможно — поток электронов мгновенно все убивает. Снимки, сделанные в лучах электронного микроскопа, показывают лишь трупы фагов, застигнутых в какой-то миг их атаки.

Американские ученые Херши и Чейз воспользовались радиоактивными элементами (изотопами), которые можно обнаружить при помощи особого счетчика, улавливающего радиоактивные излучения.

Чтобы узнать, весь ли фаг или часть его проникает в клетку, они пометили ДНК фага и его белковый чехол двумя разными радиоактивными метками: серой и фосфором. Ученым пришлось для этого вырастить колонию бактерий на питательном бульоне, содержащем радиоактивные молекулы серы и фосфора. Затем бактерии были заражены фагом. Частицы фага, размножаясь в клетках, естественно, поглощали и включали в свой состав и радиоактивные изотопы. Затем, после распада — зараженных им клеток, фаг выделили и очистили. Теперь можно было проследить за его работой в целом и за судьбой каждой из двух составных его частей — нуклеиновой и белковой: известно, что фосфор входит в состав нуклеиновой молекулы, а сера — в состав белковой.

Когда мечеными фагами заразили потом бактерии, выращенные в обычной среде, не содержащей изотопов, то оказалось: почти весь меченый фосфор вошел в бактериальные клетки, а почти вся меченая сера осталась снаружи. Так выяснилось, что в клетку попадает почти исключительно нуклеиновая кислота фага, примеси белка в ней всего около трех процентов.

Опыты с изотопами фосфора и серы описаны здесь далеко не во всех подробностях. Но и то видно, какое терпение и какая дотошность нужны современному исследователю, чтобы выспросить у природы хоть самую малость..

Мы расстались с нашим фагом в тот момент, когда он, впрыснув внутрь клетки свою ДНК, в сущности распался, разделился надвое. Нас интересует сейчас не пустышка, оставшаяся снаружи, а та часть, которая попала в клетку, ибо она несет все задатки фага, его особенности — всю наследственную информацию. Обычно одного микроба атакуют десятки фагов и все впрыскивают в него свою ДНК. Но для той драмы, которая потом разыгрывается внутри клетки, достаточно и одного фага, одной лишь порции ДНК, имеющей вид крохотной тонюсенькой нити.

Попав в клетку, фаговая ДНК становится там полновластной хозяйкой. Под ее давлением весь сложнейший биохимический аппарат клетки перестраивается, переналаживается. Отныне он служит одной лишь цели — размножению фага. Клетка перестает делиться, она больше не производит нужные ей ферменты и нуклеиновые кислоты. Ее плоть служит материалом для сборки фаговых частиц. Нить фаговой ДНК делится, расщепляется надвое, каждая из двух новых нитей — вновь надвое…

Каждая новая нить тут же одевается белковым чехлом, приобретая такой же вид, какой имел изначальный фаг, прилепившийся к оболочке бактерии и впрыснувший в нее свою ДНК. И вот уже внутри клетки выстроились около трехсот готовеньких, одетых фагов. Один биолог назвал их «пышками». Бактерия увеличивается в размерах, набухает и лопается. «Пышки», вырвавшись на свободу, устремляются в атаку на другие бактерии.

Поистине фантастическая картина! И вся эта драма — от инъекции фаговой ДНК до гибели клетки — разыгрывалась всего лишь 30 минут.

Каким же образом крошечная нить фаговой ДНК, попав внутрь клетки, оказывается сильнее сложнейшего, отлично налаженного наследственного аппарата клетки? Какие силы вынуждают бактерию работать по указке вторгшегося паразита?

Известный советский биолог В. Л. Рыжков сравнивает фаг с кукушкой, откладывающей свое яйцо в чужое гнездо. Кукушонок вначале мало отличается от собственных детей птицы, насиживавшей вместе со своими и чужое яйцо, и мать кормит его наравне с другими птицами. Но кукушонок растет быстрее остальных и вскоре вытесняет своих приемных братьев и сестер из гнезда. А приемная мать всецело предается заботам о пришельце. Неужто и фаг «обманывает» бактерию, подобно кукушке, надувающей простодушную птаху? В. Л. Рыжков оговаривается: ученый прибегает обычно к метафоре тогда, когда не хватает знания; так и здесь — лишь длинная цепь исследований позволит заменить метафору фактами.

Все ли вирусы проникают в клетку таким же способом, как фаг? Все ли ведут себя внутри клетки, подобно фагу? Предполагают, что некоторые вирусы, не имеющие приспособлений для впрыскивания своей нуклеиновой кислоты, проникают внутрь клетки «обманным» путем, как бы прикидываясь молекулой того или иного вещества, потребного клетке. Оболочка клетки, образуя нечто вроде нароста, сама постепенно засасывает вирус в свое нутро, а там уж он начинает разрушительную работу. Но не все вирусы разрушают клетку. Например, вирус такой болезни как свинка, размножившись в клетке, просачивается из нее через оболочку. Некоторые формы злокачественных опухолей (рака) вызываются также вирусами. Но в этом случае вирус не разрушает клетки, а, наоборот, побуждает их к безудержному, ненормальному росту. Общим для всех вирусов является то, что они могут размножаться только внутри клетки и только лишь захватив и приспособив для своих нужд чужой наследственный аппарат, чужую плоть.

Относительно фага наука за несколько десятилетий выяснила много всяких удивительных вещей. Например, доказано, что фаги имеют двойников. Впрочем, тут фаг — не исключение: двойники обнаружены у многих заразных микробов, например у возбудителей язвы, сапа, дифтерии. У двойника лишь одно отличие от истинного виновника болезни — он не приносит никакого вреда живым организмам, он мирный. Во всем остальном он абсолютно подобен своему грозному, воинственному собрату. Бактериологи пока еще не дознались, каково происхождение двойников и какова их роль в природе.

В мире бактерий обнаружить двойника не так уж трудно — он виден в микроскоп. Не сложно доказать, что он не настоящий — стоит размножить его на бульоне и привить подопытному кролику или крысе: не заболело животное — значит возбудитель «подложный».

Куда канительнее выявлять двойника-фага. Он прячется внутри бактерии, ничем и никак не обнаруживая себя. Его не сфотографируешь даже под электронным микроскопом, так как он живет в бактериальной клетке раздетым — без хвоста и без головки — в форме одной лишь ниточки ДНК, впрыснутой через оболочку мирным фагом. В таком раздетом виде фаг неотличим от молекул ДНК, входящих в состав протоплазмы бактериальной клетки. Бактерия, зараженная мирным, скрытым фагом (в науке он именуется умеренным), нормально развивается, делится, но неизменно из поколения в поколение передает потомству раздетого фага. Двойник-фаг оказывает даже услуги приютившей его бактерии: если на нее нападет активный фаг, то он не сможет внутри нее размножаться. Двойник придает каким-то образом бактерии устойчивость против фага-паразита.

После долгих опытов удалось все же заставить мирный фаг проявить себя. Если облучить бактерии, содержащие фаг-двойник, небольшой дозой ультрафиолетовых или рентгеновских лучей либо обработать аскорбиновой кислотой (годится и яблочная), то мирный фаг вдруг превратится в злого хищника. Он вмиг наденет свои белковые доспехи, обратясь в некое подобие головастика, заставит клетку штамповать все новых и новых своих собратьев, которые в конце концов взорвут бактерию уже известным нам способом.

Дальше происходит вот что. Вырвавшись из лопнувшей бактерии, новорожденные фаги атакуют соседние клетки. Результат атаки разный: одни клетки разрушаются потомками фага-двойника, в других частицы фага вновь становятся мирными сожителями бактерии. До поры до времени — мирными.

Фаги, как мы видим, не только разрушают бактериальную клетку. Под влиянием фага бактерия может приобрести новые свойства. Точно так же и сам фаг способен меняться. Его нетрудно вынудить приспособиться к новой для него среде.

Фагов применяли, да и сейчас применяют, для борьбы с таким тяжелым заболеванием как брюшной тиф. Микроб, вызывающий брюшняк, часто гнездится в желчном пузыре. Но желчь убивает даже фага, который выдерживает черт те что: промораживание при температуре 185 градусов Цельсия; купание в таких растворах сулемы и карболовой кислоты, которые губят любых микробов и вирусов; обработку эфиром, хлороформом, антибиотиками, сильнейшими ядами (цианид, фторид). Один ученый сохранял фаг в запаянной ампуле при комнатной температуре 12 лет. И фаг не утратил своих свойств, оказался способным поражать бактерию… Да, так вот: желчь, вопреки всему этому, убивает фага. И ученые решили приучить фага работать, то есть разрушать бактерии брюшного тифа, в желчи. Сначала фага помещали в среду, содержащую небольшую примесь желчи. Потом постепенно повышали концентрацию. Наконец добились того, что фаг стал убивать бактерии в чистой, неразбавленной желчи.

Большинство биологов считают фагов вирусами. Некоторые ученые настаивают на том, что фаги — особые создания, что у них больше общего с клеткой, чем у обычных вирусов. Как бы там ни было, фаг озадачивает исследователя куда чаще, чем любой другой представитель ультрамикромира.

Ультрафиолетовые лучи смертоносны для всех бактерий и для всех вирусов. Убивают эти лучи и фагов. Но что такое фаг мертвый и что такое фаг живой? Это мы сейчас увидим.

Еще в сороковые годы проделан был такой опыт. В питательную среду, где размножились бактерии, внесли фагов, убивающих эти бактерии. Причем фаги были предварительно сами убиты ультрафиолетовыми лучами. Через некоторое время ученые, ставившие опыт, увидели в электронный микроскоп картину, которая их потрясла: трупы фагов шли в атаку на бактерию, прилепляясь к ее оболочке так же, как живые. Стали следить за этим явлением в обычный микроскоп. В него фагов не увидишь, зато хорошо можно проследить поведение живых бактерий, не убитых пучком электронных лучей. Оказалось, что клетки, пораженные мертвыми фагами, вскоре прекращали движение, не делились и погибали. Но они оставались целостными, не лопались, не растворялись, как это бывает при нападении живого фага.

Труп фага, проникнув в клетку (да труп ли он?), дает команду прекратить синтез нуклеиновых кислот, приостановить рост и деление бактерий! «Для чего мертвому нужно живое?» — воскликнул недавно один ученый, пораженный столь необычайным явлением. На этот вопрос наука ответа не имеет. Между тем наблюдения такого рода продолжают накапливаться. Оказалось, что убитых фагов можно и вообще оживить: для этого достаточно выставить мертвых фагов, прилепившихся к бактерии, на дневной свет. Возможно, гибель фагов заключается в том, что ультрафиолетовые лучи лишают их какой-то одной аминокислоты из тех двадцати, что входят в состав белка? А дневной свет возвращает им эту аминокислоту, позволяя позаимствовать ее у бактерий? Возможно, дневной свет восстанавливает повреждения, причиненные фагу ультрафиолетовыми лучами? Это все тоже предстоит еще разузнать.

И еще. Если в бактерию проник один мертвый фаг, то он и ведет себя как труп, то есть убивает клетку, не разрывая ее, не размножаясь сам. Если в бактерию попали несколько фаговых трупов, то они вдруг начинают вести себя как живые, то есть размножаются, взрывают клетку и выходят из нее для новых атак. Предположим, у мертвых фагов могут быть поражены разные участки нити ДНК, нити жизни; в теле бактерии сохранившиеся части двух нитей соединяются, образуя одну целостную, живую нить.

Живые ли это создания, фаги, и вообще все вирусы, если с ними происходят такие штуки? Как и три четверти века назад, когда после открытия Ивановским вируса возник спор на эту тему, согласие между учеными не достигнуто.

Когда знакомишься с новейшими открытиями, касающимися вируса, то не все можешь сразу осмыслить и привести в соответствие с обычной житейской логикой. Это не должно нас смущать. Привычные методы мышления нередко приходится отбрасывать, когда сталкиваешься с новыми явлениями или идеями. Конечно, всего проще было бы выждать, пока наука о вирусах не устоится, пока не будут устранены главные сомнения, а потом уже рассказывать о достигнутом. Но куда более заманчиво вторгнуться в мир загадок, где все ново, спорно, неожиданно.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀