Реконструкция... вирусов

Мы уже говорили, что трудно найти существа более удивительные, чем вирусы. Ведь они балансируют на грани жизни, они - мост между живой и неживой материей.

Мертвой природе свойственна идентичность молекул. Жизнь - вся воплощение индивидуальности. В мире живых нет даже двух клеток, полностью похожих друг на друга. А вирусы... В этом плане они - исключение из жизни. Частицы вирусов одного и того же вида совершенно идентичны друг другу по размерам, форме, составу. Это позволяет им укладываться в правильные кристаллы - скопление миллиардов частиц.

Вирусы, как и молекулы вещества, построены по определенному плану. Белковые молекулы вирусных оболочек организуются сначала по нескольку штук в конгломераты - капсомеры. Из них складываются архитектурные ансамбли - капсиды. Капсид - это оболочка вируса. Внутри нее ютится нуклеиновая кислота, надежно защищенная от неблагоприятных воздействий внешней среды. Под сильными химическими и физическими "ударами" капсид может распадаться на белковые субъединицы, а при прекращении воздействия... вновь собираться в исходный ансамбль. Эту удивительную "самосборку" вирусных белков впервые обнаружили в 1947 году.

Принцип самосборки, видимо, заложен во многих молекулах биополимеров. В этом одно из проявлений стремления живой материи к упорядоченности. Впрочем, как сказал американский ученый Дж. Уолд, упорядоченная морфология - это очень малая крупица порядка на фоне общего стремления Вселенной к беспорядку.

Так вот, стремление к порядку в царстве вира стало фундаментом, на котором ученые построили свои доказательства наследственной роли рибонуклеиновых кислот - РНК. Но об этом интересно рассказать подробнее.

Частица вируса табачной мозаики не представляет исключения из общего правила. Это - белковая палочка с каналом внутри (фото 13). Вдоль него лежит свернутая в спираль молекула РНК. Расчленить вирус на молекулу РНК и белок не столь уж трудно. И в 1956 году два исследователя, работавшие в разных странах, Френкель-Конрат и Шрамм решили попытаться ввести очищенную от белка РНК в листья табака и заразить их мозаичной болезнью. Причем здесь им не потребовалось никаких добавочных помощников: РНК вируса проникала в клетки довольно свободно, видимо, они сами помогали ей в этом. Помогали? Именно так. Совсем недавно способ проникновения вирусов животных и растений в клетки перестал быть тайной. В ее раскрытии немалая заслуга принадлежит советским ученым В. М. Жданову, А. Ф. Быковскому и другим. Оказалось, что вирусы, подобно фагам, сбрасывают с себя одеяние, но делают это по-иному, как бы "обманывая" клетку. Вот как это происходит.

Фото 13. Вирус табачной мозаики, увеличенный в 350 000 раз (лаборатория электронной микроскопии ИЭМ АМН СССР имени Гамалеи)

Клетки животных и растений хоть и живут в тесном сообществе, имя которому - ткань, но все же не утратили некоторого сходства с одноклеточными: они могут питаться всем телом - обволакивать и поглощать прилипшие к нему комочки пищи. Этим-то и "пользуется" вирус. Полагая, что он - тоже пища, клетка выпускает невидимые, Но вполне реальные щупальца, которые все теснее и теснее охватывают вирус, пока кольцом не сомкнутся на его теле. Так образуется фагосома - вирус в клеточной протоплазме. Обманутая клетка, не "подозревая" об опасности, направляет к вирусу свои мощные ферменты, стремясь разрушить его оболочку, чтобы поскорее разделаться с "лакомым" кусочком. Вот снята оболочка, вот "раздет" нуклеопротеид, но тут-то и выясняется трагическая ошибка: в протоплазме медленно разворачивается тугая спираль нуклеиновой кислоты вируса. В теле клетки не пища, а враг.

Таким же способом, видимо, клетка сама протаскивает и РНК вирусов.

Ученые не сразу поверили, что можно заразить клетку растений одной РНК вируса, лишенной белковой оболочки, в которой полностью исключалось бы присутствие белка и неразрушенных частиц. Но опыты один за другим неопровержимо отметали сомнения. В препарате РНК не нашли ни одной жизнеспособной вирусной частицы, а обработка ферментом РНК-азой полностью лишала его инфекциозности. Даже при самом придирчивом изучении не удавалось найти следов какого-либо белка, не считая нескольких аминокислот. А если и находили белок, то весь он был денатурирован в процессе очистки и, понятно, совершенно неактивен.

Самыми вескими аргументами, убедившими скептиков, были доказательства инфекциозности нуклеиновых кислот других вирусов. Сегодня инфекционная РНК уже получена из вирусов табачной мозаики, курчавой полосатости табака, кольцевой пятнистости табака, огуречной мозаики и других растительных вирусов; от многих вирусов человека и животных- полиомиелита, ЕСНО, энцефаломиелита Менго, клещевого энцефалита, японского энцефалита, желтой лихорадки, ящура, гриппа; из РНК-содержащих бактериофагов и многих других вирусов. Ученые считают, что инфекционную вирусную нуклеиновую кислоту можно, по-видимому, выделить из любого вируса.

Но, пожалуй, самым убедительным доказательством, так сказать, триумфом всех доказательств, наследственной роли РНК стали опыты по реконструкции вируса табачной мозаики.

Когда Френкелю-Конрату и его сотрудникам удалось не только расчленить вирус табачной мозаики на белок и РНК, но и собрать из разрозненных частей вирусную частицу, причем такую же точно, какая была до этого, у них возникла остроумная мысль: а нельзя ли объединить в одну частицу РНК и белок от различных мутантов вируса табачной мозаики? Ученые смешали белок подорожникового штамма Холмса и РНК вируса табачной мозаики. В этой смеси им удалось найти искусственно полученные человеком частицы вируса, ранее не существовавшего в природе. Но главное открытие было впереди. Когда "одетый с чужого плеча" вирус пустили на листья табака, он не только заразил их, но и дал потомков. Как они были "одеты", спросите вы? Никаких следов чужого "кафтана"! Все как на подбор закутаны в белок вируса табачной мозаики, чья РНК вошла в клетку. Белок подорожникового штамма Холмса оказался непричастным к рождению потомков!

Так было получено еще одно, и очень веское, доказательство монопольной роли РНК в передаче наследственных признаков.

В настоящее время уже ни у кого из исследователей не возникает сомнений относительно той чрезвычайной роли, которую нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК - играют в наследственности жизни на Земле. Становится понятным, почему сегодня им посвящаются конференции и съезды, о них пишут статьи и монографии. Успехи молекулярной биологии связаны с прогрессом в области исследования нуклеиновых кислот в той же мере, как и приобщение к царству невидимых. Вот и настал момент, наконец, познакомиться поближе со строением этих удивительных молекул жизни.