Некто или нечто?

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.