История биологии с начала XX века до наших дней - [254]

Принципы организации вирусов.

В результате применения рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии в сочетании с методами оптической диффракции удалось расшифровать строение простых и сложных вирусов и бактериофагов.

Уже в 1958 г. Р. Франклин и К. Холмс показали, что ВТМ представляет собой полые палочкообразные цилиндрические образования. Дальнейшие исследования А. Клуга, Д. Каспара и других (1958–1960) дали новые сведения о макромолекулярной организации ВТМ. Работы Р. Маркхема и К. Смита с вирусом желтой мозаики турнепса положили начало установлению структуры так называемых малых сферических растительных вирусов. Оказалось, что у этих вирусов РНК заключена внутри сферы, построенной из белковых субъединиц (Г. Никсон, А. Гиббс, 1960). Идея о подобной организации малых сферических вирусов впервые была высказана в 1956 г. Ф. Криком и Дж. Уотсоном (лауреаты Нобелевской премии, 1962); П. Уилди, У. Рассел и Р. Хорн (1960) обнаружили, что аналогичной организацией обладают и некоторые простые вирусы животных. Работы Э. Мерцера, С. Бреннера, Д. Кинга и М. Муди способствовали выяснению организации бактериальных вирусов.

X. Френкель-Конрат и Г. Шрамм в конце 50-х годов обнаружили, что белки растительных вирусов способны к самоагрегации. Они образуют структуры, аналогичные вирусу, но не содержащие РНК (Г. Никсон и Г. Вудс, 1960).

Развитие фитовирусологии

Значение теоретических исследований вирусов растений трудно переоценить. Оно далеко выходит за рамки собственно вирусологии. Изучение вирусов растений способствует разработке таких кардинальных общебиологических проблем, как сущность жизненных, явлений, передача генетической информации и синтез белка.

Вирусы растений состоят, как правило, из РНК и белка. До 1968 г. такое строение считалось отличительной особенностью этой группы вирусов, пока Р. Шепард не обнаружил наличия двухцепочечной ДНК у вируса мозаичной болезни цветной капусты.

Вся история учения о вирусах неразрывно связана с развитием представлений о нуклеиновых кислотах.

Изучение наиболее важных теоретических проблем вирусологии на вирусах растений позволило выяснить ряд принципиально важных фактов. В 1938 г. Ф.С. Боуден и Н.У. Пири обнаружили, что вирус карликовой кустистости томатов кристаллизуется, образуя ромбические додекаэдры. По данным Р. Маркхема и К.М. Смита (1949), вирус желтой мозаики турнепса кристаллизуется в форме октаэдров. В 1966 г. М. Вейнтрауб и X.У. Рагетли провели электронномикроскопические исследования тканей растений, пораженных вирусом желтой мозаики фасоли, и описали различные формы кристаллических агрегатов этого вируса. Тзен Ан Чен, X. Хируми и К. Мараморош в 1969 г. обнаружили в клетках растений с симптомами вируса пестростебельности картофеля сравнительно длинные палочковидные частицы, собранные в кристаллы. Многие ученые (У. Стенли, Э. Вэленс и др.), изучавшие эти строго организованные образования, сложенные из вирусных частиц, считают их живыми кристаллами.

В 1956 г. одновременно в лаборатории Шрамма в Тюбингене (ФРГ) и в лаборатории Френкеля-Конрата в Беркли (США) предварительно очищенный препарат ВТМ был расщеплен действием фенола на белковую часть вирусной частицы и нити нуклеиновой кислоты. В отдельности они не проявляли активности. При их объединении инфекционное свойство нуклеопротеида восстановилось. Френкель-Конрат трактовал это явление как реконструкцию, т. е. разборку и сборку частиц вируса. Было показано также, что свойства штамма вируса определяются исключительно нуклеиновой кислотой (см. главу 23).

Более того, по данным М.П. Гордона и С.X. Смита (1960), некоторые растения заражаются свободной нуклеиновой кислотой ВТМ, а не целой частицей нуклеопротеида. Американские ученые А. Зигель, М. Цейтлин и О.П. Зегал (1962) экспериментально получили варианты ВТМ, которые, репродуцируясь в тканях растений, вообще не образуют белковой оболочки. Другой вариант этого вируса, как показали электронномикроскопические исследования, хотя и синтезирует белковые оболочки, но они оказываются необычной формы, и нуклеиновые кислоты не имеют возможности проникнуть в них и образовывать нуклеопротеид. В. Харихарасубраманиан и А. Зигель (1969) выяснили, что у дефектных вариантов ВТМ частицы белка упаковываются беспорядочно и даже образуют конгломераты. При этом нуклеиновые кислоты этих дефектных вариантов ведут себя, как полноценные вирусы.

В последнее время большое внимание привлекает вопрос неспецифичности вирусных и невирусных нуклеиновых кислот в отношении к различным биологически активным веществам. Вот несколько фактов, число которых неуклонно растет. Так, М. Ниренберг[194] и X. Мэтей (1961) установили, что нуклеиновая кислота ВТМ стимулирует синтетическую реакцию включения аминокислот в пептиды бесклеточных экстрактов кишечной палочки. В 1966 г. Р.Е. Мэтьюз и Ж.Д. Гарди произвели сборку белковой палочковидной части ВТМ с нуклеиновой кислотой сферической части вируса репы. В результате был получен вирус, у которого инфекционное свойство определялось нуклеиновой кислотой вируса репы, а серологические реакции — палочковидной оболочкой ВТМ, собранной из белковых частей (шайбочек). Из шайбочек белковой частицы ВТМ были собраны палочки, характерные для нуклеопротеида ВТМ; внутри оказались шарики нуклеиновой кислоты вируса репы. Еще в 1956 г. была опубликована, но осталась тогда незамеченной работа Р.Г. Харта и Дж. Смита, получивших такие же палочковидные частицы, но только содержащие не вирусную, а дрожжевую кислоту и даже синтетические полимеры рибонуклеопротеидов. Голландские ученые Ж.К. Ван-Равенсвай-Клаазен, А.Б. Ван-Леувен, Г.А. Дуижутса и Л. Бош (1967) поставили следующий опыт: в бесклеточные экстракты кишечной палочки они добавили немного нуклеиновой кислоты вируса мозаики люцерны. Произошла реакция, и из бесклеточных экстрактов бактерий образовался полипептид, весьма сходный с белком частиц вируса мозаики люцерны.