История открытия вирусов. Происхождение вирусов

Честь открытия вирусов принадлежит нашему отечественному ученому Д.И. Ивановскому. В 1944 году известный американский вирусолог У. Стенли писал: «Я полагаю, что имя Ивановского в науке о вирусах следует рассматривать почти в том же свете, как имена Пастера и Коха в микробиологии».

В 1892 году, будучи физиологом растений, Д.И. Ивановский приехал на Украину, чтобы выяснить причину возникновения болезни растений табака и разработать меры борьбы с ней. Заболевание табака (мозаичная болезнь) выражалось в появлении на листьях растений многочисленных светло-зеленых хлоротических пятен и некрозов. Листья имели рябой, мозаичный вид, поэтому и название - мозаика табака. Затем верхушки растений отмирали и они погибали.

Д.И. Ивановский установил, что инфекционный агент содержится в соке больных растений. Для предотвращения распространения заболевания больные растения необходимо было сжигать и на их месте сеять другие сельскохозяйственные культуры.

Оказав важную помощь практике по борьбе с табачной мозаикой, Д.И. Ивановский решил выяснить природу возбудителя. В ходе проведенных исследований он установил:

При изучении сока больных растений под микроскопом он нс обнаружил в нем никаких микробов.

При засеве сока больных растений на различные питательные среды колонии микробов на них не вырастали.

Профильтрованный сок больных растений через фильтры, задерживающие микробов и их споры, не был стерильным, так как нанесение его на листья здоровых растений табака всегда вызывало их заболевание мозаикой.

Д.И. Ивановский показал, что сок первого зараженного растения передает заболевание второму, взятый из второго - третьему, из третьего - четвертому и т.д. При этом количество инфекционного агента все время нарастает. Он считал, что этот агент корнускулярен и состоит из частиц живой материи.

Следовательно, заболевание растений мозаикой вызывалось каким-то фильтрующимся агентом. Д.И. Ивановский наблюдал в листьях растений, пораженных мозаикой, какие-то кристаллы, которые впоследствии получили название кристаллов Ивановского и оказались скоплением огромного количества вирусов.

Открытие Д.И. Ивановского было подтверждено М. Бейеринком, который установил, что инфекционный агент может быть осажден спиртом и при этом не терять своей инфекционной активности.

Д.И. Ивановский и М. Бейеринк дискутировали о природе открытого агента. Спор закончился в пользу Д.И. Ивановского, считавшего, что открытый инфекционный агент, это живое существо, проходящее через бактериологические фильтры, а не жидкое ядовитое вещество типа токсинов бактерий.

На указанных исследованиях эпопея изучения вируса табачной мозаики нс закончилась. В 1935 году У. Стенли показал, что вирус табачной мозаики можно получить в кристаллическом виде (шелковистые игольчатые кристаллы), которые, попадая па листья здоровых растений, вызывали заболевание. Было установлено, что вирус табачной мозаики состоит только из белка и РНК, т.е. является нуклеопротеидом, который может быть получен в химически чистом виде.

Получить в кристаллическом виде можно не только вирусы, поражающие растения (вирус табачной мозаики, вирус карликовой кустистости томатов, вирус желтой мозаики турнепса), но и человека (вирус полиомиелита). Однако, кристаллизируются только простые вирусы, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты. Сложные (одетые) вирусы, содержащие в суперкапсиде липиды и углеводы, не кристаллизуются (вирус гриппа, оспы).

Продолжая работать с вирусом табачной мозаики, А. Гирер и Г. Шрамм в Германии и X, Френкель-Конрад в США (1956 год) показали, что выделенная РНК из вируса, полностью лишенная белка, вызывает заболевание здоровых растений.

Таким образом, было установлено, что чистая вирусная РНК индуцирует в растениях формирование зрелых вирусных частиц, вызывающих гибель растений, т.е. обладает самостоятельной инфекционной активностью.

Вирус табачной мозаики был первым вирусом, увиденным в электронный микроскоп (увеличение в 45 тысяч раз). Егo сфотографировали впервые немецкие физики Кауше, Фанкух и Руска в 1939 году.

После открытия вируса табачной мозаики был открыт вирус ящура, затем вирус саркомы кур, далее бактериофаги (вирусы бактерий) и все новые и новые вирусы.

П 1957 году на Международном симпозиуме по происхождению жизни на Земле У. Стенли сказан: «Я думаю, что вирусы, включая способные к кристаллизации вирусные нуклеопротеиды, являются живыми агентами. Это должно следовать из их способности к воспроизведению. Сущность жизни - способность к воспроизведению».

Происхождение вирусов. Известный вирусолог С. Лурна писал: «Вирусы имеют свою эволюционную историю, если не вполне, то во всяком случае в известной степени независимую от эволюции организмов, в которых они репродуцируются».

Существуют 3 взаимоисключающие гипотезы происхождения вирусов, которые экспериментально не доказаны.

1. Вирусы - это потомки бактерий или других одноклеточных организмов, возникшие в результате их регрессивной эволюции.

2. Вирусы - это потомки доклеточных форм жизни, от которых произошли и клетки и вирусы.

3. Вирусы — это «взбесившиеся» или «заблудившиеся» гены клетки, т.е. вирусы произошли от генетических элементов клетки, которые стали автономными.

Гипотеза регрессивной эволюции представляет скорее исторический интерес. Она не объясняет разнообразие генетического материала у вирусов, процесса репродукции, отсутствия белок-синтезирующих систем, неклеточной организации вирусов. Вирусный нуклеокапсид не является аналогом клетки, как бы далеко не произошла ее регрессия. Белковый капсид вирусов, являясь непроницаемым, не подобен полупроницаемым клеточным мембранам.

Вторая гипотеза, по которой вирусы - это потомки древних доклеточных форм жизни - протобионтов, с которых началась биологическая эволюция, также не дает ответа на кардинальные вопросы, как и первая гипотеза.

Наибольшее число сторонников имеет третья гипотеза, предполагающая возникновение вирусов из органелл клетки (гены, рибосомы), т.е. важнейшие клеточные структуры стали родоначальниками вирусов. Возможно, что вирусы действительно произошли из отдельных структур клетки, но при этом их эволюция происходила одновременно с развитием клеточных форм жизни.

Вирусы, являясь автономными генетическими элементами, не способны репродуцироваться вне клеток. Возможно, что различные представители царства Vira появились из различных генетических структур клетки в исторически разные времена. Следовательно, существующие теперь разнообразные группы вирусов не имеют единого общего предка.

В процессе эволюции, длившейся миллиарды лет, гены клеток и вирусов были созданы по одному плану и из одинаковых веществ. Это обеспечило не только внутриклеточный, но и внутригенный паразитизм вирусов, а следовательно, и введение в клетки новой информации, что способствовало ускоренной эволюции живых систем.