Ученый изучал болезнь поражающую листья табака чтобы выделить возбудителя заболевания
Обновлено: 04.07.2024
Структура вируса табачной мозаики
Вирус поражал культурные растения, хотя начал он это делать явно раньше, чем те стали таковыми. Но тут у его жертв появился новый защитник — человек. За тысячелетия Homo напал на его след, но остановился в недоумении, не видя того, кто этот след оставляет. Нетрудно быть незаметным, имея 300 нанометров в длину!
Майер пропускал сок через фильтровальную бумагу, капал им на чашки, чтобы выделить и вырастить патогенные бактерии, но все было тщетно. Частицы были так малы, что удержать легко ускользающего сквозь поры бумаги виновника было практически невозможно — разве что белок мог быть так мал. Разочарованный, он решил, что белок не может размножаться сам, и не смог найти настоящее объяснение.
Адольф Майер (фотография 1875 года)
В конце XIX века поисками занялся русский ученый Дмитрий Ивановский. Он подошел к делу обстоятельнее, приготовив фарфоровые фильтры, которые использовались для выделения бактерий. Ничто крупнее бактерии не могло просочиться сквозь такие поры. Но и они не могли задержать вирус табачной мозаики. Много раз перепроверив фильтр и не найдя там ни трещин, ни другого брака, Ивановский понял, что частицы слишком малы. Он предположил, что это могла быть очень маленькая бактерия, которая почему-то не хочет культивироваться в лаборатории.
Вирус табачной мозаики
В 1935 году вирус табачной мозаики кристаллизовал Уэнделл Стенли. Но вирус продолжал заражать листья табака и после этого, как ни в чем не бывало. Накапливались подтверждения, что ни одна известная бактерия так себя не ведет. Стенли увидел, что объект, вызывающий заражение, состоит почти полностью из белка, и решил, что перед ним фермент, который катализирует собственное размножение. За первую кристаллизацию вируса он получил Нобелевскую премию по химии в 1946 году.
В 1939 году вирус табачной мозаики впервые удалось увидеть в электронный микроскоп, изобретенный восемью годами ранее. Так виновник неурожайности табака потихоньку раскрыл свою личность, но не все его секреты так легко поддались ученым.
Строение вируса смогли разгадать только позже, с помощью кристаллографии. А поскольку одним из самых талантливых кристаллографов середины XX века была Розалинда Франклин, благодаря данным которой Уотсон и Крик смогли понять структуру ДНК, вирусу табачной мозаики повезло, что она решила связать с ним годы изысканий. Она предсказала его внутреннюю пустоту, а позже поняла и то, что его РНК была одноцепочечной.
Параллельно с ней работала и другая группа: Ханс Френкель-Конрат и Робли Уильямс из Беркли. В том же 1955 году они смогли показать, что в вирусе ничего нет, кроме РНК и белка. Они вплотную подошли к пониманию того, как вирусы размножаются, превращая клетку в фабрику своих деталей, которые сами собираются воедино. В 1960 году Френкель-Конрат и Уильямс секвенировали состояющую из 158 аминокислот последовательность вируса — самую длинную из известных на тот момент.
Так небольшой вирус, случайно найденный в соке растений, стал удобным объектом для изучения и обрел всемирную славу, превратившись в ключ к пониманию размножения и структуры всего своего царства. Для этого, как оказалось, не нужно быть выдающимся и сложным — ему достаточно было быть доступным для получения и вызывать большие проблемы у культивирующих табак агрономов, чтобы привлечь их внимание.
Задание 22 № 46595
Экспериментатор решил исследовать болезнь, поражающую листья табака. Чтобы выделить возбудителя заболевания, был выделен сок больных растений и пропущен через фильтр с размерами пор 750 нм. Благодаря размеру пор фильтр задерживает на своей поверхности частицы размером с бактерий. После фильтрации сока на фильтре через световой микроскоп не было выявлено никакого инфекционного агента. Получившимся фильтратом экспериментатор полил здоровые растения табака и они снова заболели.
Какой инфекционный агент является возбудителем заболевания листьев табака? По какой причине он не был выявлен на фильтре? Почему после обработки фильтратом здоровые растения заболевали? Какие параметры в этих экспериментах задавались самим учёным (независимые переменные), а какие параметры менялись в зависимости от этого (зависимые переменные)?
1. Инфекционный агент, заражающий растения табака — вирус.
2. Вирусы имеют размер меньше, чем поры фильтра, использовавшегося в эксперименте.
3. Вирусы, не задерживаясь на поверхности фильтра, проходят через поры и попадают в фильтрат, которым обрабатывали здоровые растения.
4. Независимые переменные (задаваемые экспериментатором) — размер пор в фильтре, растения табака, вид вируса.
5. Зависимые переменные (изменяющиеся в ходе эксперимента) — состояние здоровых растений после обработки фильтратом.
Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) – выдающийся русский физиолог растений и микробиолог, один из основоположников вирусологии, родился в 1864 году в Петербургской губернии. После завершения своего высшего образования в 1887 г. по предложению Департамента земледелия он отправился на Украину изучать болезни табака.
В процессе исследований ученый пропустил сок зараженного растения через фарфоровый фильтр, так называемую свечу Шамберлена, после фильтрования через которую жидкость очищается от бактерий и не является заразной. Но обработка растений отфильтрованным соком снова вызвала заражение табака мозаикой.
В более поздних исследованиях ученый изучал под микроскопом тончайшие срезы листьев больного растения, окрашенные красками. В пораженных тканях он увидел какие-то бесцветные кристаллы и скопления окрашенных палочек и точек. Первым он не придал значения, а вторые принял за микроорганизмы, вызывающие мозаичную болезнь. Сегодня мы знаем, что бесцветные кристаллы как раз и представляют собой скопления самого вируса.
Осознание того, что вирусы - это новый мир, дающий основания для выделения особого свода знаний - вирусологии, - пришло позднее в связи с трудами Ф. Туорта (1915 г.) и Ф. Д'Эррела (1917 г.). Однако основоположником науки вирусологии по праву является выдающийся русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский.
Список литературы
Коштоянц X. С. Дмитрий Иосифович Ивановский // Микробиология. 1942. № 4.
Матухин Г. Р. Д. И. Ивановский. К столетию со дня рождения / Р.: Издательство Ростовского университета, 1964. 47 с.
Овчаров К. Е. Дмитрий Иосифович Ивановский 1864-1920. М.: Издательство Академии наук СССР, 1952. 101 с.
Памяти Дмитрия Иосифовича Ивановского. М.: Издательство Академии наук СССР, 1952. 95 с.
Рыжков В. Л. Д. И. Ивановский // Микробиология. 1942. № 4
Степин В. С., Горохов В. Г., Розов М. А. Философия науки и техники. М.: Гардарика, 1996. 121 с.
В ХVII столетии в семье голландского ремесленника Левенгука родился мальчик. Его назвали Антоний. Он стал галантерейщиком, когда вырос. Но всю жизнь Антоний увлекался шлифовкой увеличительных стекол. В этом деле он достиг необычайных успехов. Его двояковыпуклые линзы давали четкие, ясные изображения с увеличением до 300 раз. Это гораздо больше, чем можно было получить с помощью доступных тогда двухлинзовых микроскопов.
С помощью своих линз Левенгук увидел многое, до того невидимое. Он смог увидеть даже бактерии – им описаны бациллы, кокки и спириллы. Способ изготовления линз Левенгук держал в секрете, поэтому вновь увидеть бактерии ученые смогли лишь в XIX в., когда научились делать хорошие микроскопы. Работы Левенгука открыли путь к исследованиям нового мира – мира микроорганизмов.
Почти детективная история
. Его имя в науке о вирусах следует рассматривать почти в том же свете, как имена Пастера и Коха в бактериологии. Имеются все основания считать Ивановского отцом новой науки – вирусологии.
У.Стэнли
В 1887 г. в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались сложным абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно краска, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки.
На место происшествия был направлен выпускник Санкт-Петербургского университета Д.И. Ивановский. Молодой ученый решил выяснить, какая бактерия вызывает болезнь табака. Надо отметить, что расцвет микробиологии пришелся на конец XIХ столетия. Микроскоп есть, методы приготовления и окраски препаратов известны. Стало быть, доказать микробную природу поражения будет нетрудно. Однако задача оказалась весьма не простой.
Д.И. Ивановский
Просмотр огромного количества препаратов, приготовленных из экстрактов больных листьев, не принес удачи. Не удалось получить ответ на вопрос: есть ли микробы в экстрактах из пораженных листьев? В то же время при заражении здоровых листьев соком из больных (инъекции в толщу здоровых листьев) результат был всегда одинаковым: здоровые листья заболевали через 10–15 дней. Это напоминало инкубационный период, свойственный любой инфекции, в течение которого микробы, размножаясь, проникают внутрь организма и вызывают заболевание. Но прямого доказательства не было.
Лист, пораженный вирусом табачной мозаики
Ивановский фильтрует сок из больных листьев через этот фильтр. Идея проста, профильтрованный сок не должен содержать микробов. И, следовательно, не сможет заразить здоровые листья табака. Но к изумлению исследователя, при нанесении капли абсолютно прозрачной жидкости на здоровые листья на них появляется характерный абстрактный рисунок, т.е. развивается болезнь. Вывод один – в отфильтрованном соке растения есть неизвестные микробы – возбудители мозаичной болезни табака (ВТМ).
Рисунок Ивановского, изображающий вирусные кристаллы и аморфные вирусные включения в клетках мозаичного табака
Микрофотографии разных вирусов
Однако вирусы по-прежнему оставались неуловимыми и загадочными, ведь они крайне малы, их невозможно увидеть в световом микроскопе. Вот и получилось, что вирусы стали одними из первых биологических объектов, исследованных с помощью электронного микроскопа после его изобретения в 30-х гг. ушедшего столетия.
Империя вирусов
И задом наперед, совсем наоборот.
Если бы это было так,
это бы еще ничего, а если бы ничего,
оно бы так и было, но так как это не так,
так оно и не этак! Такова логика вещей.
Строение вируса табачной мозаики
Свойства вирусов
Вирусы – мельчайшие живые организмы. Их размеры меньше половины длины световой волны, поэтому их измеряют в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм. Вирусы не способны расти на искусственных питательных средах и развиваются только в живых клетках.
Таким образом, два критерия, по которым вирусы были ранее выделены среди микроорганизмов, потерпели фиаско. Возникают вопросы: кто или что такое вирусы и чем они отличаются от других представителей микромира?
Вирусы устроены довольно просто. Самые простые состоят из нуклеиновых кислот и белков. Генетический аппарат вирусов представлен различными формами нуклеиновых кислот, такого разнообразия нет у других форм жизни. Как известно, у растений и животных генетический аппарат состоит из двухнитчатой ДНК, а РНК, выполняющая роль переносчика информации, всегда однонитчатая. У вирусов же природа будто бы опробовала все возможные варианты нуклеиновых кислот: одно- и двухнитчатая РНК, одно- и двухнитчатая ДНК. При этом ДНК может быть либо линейной, либо замкнутой в кольцо.
ДНК или РНК составляют сердцевину вируса, окруженную защитной белковой оболочкой – капсидом. Полностью сформированная вирусная частица называется вирионом. Некоторые вирусы (герпеса или гриппа) имеют также липопротеидную оболочку, образующуюся из плазматической мембраны клетки-хозяина. Вирусы, в отличие от всех остальных организмов, не имеют клеточного строения.
Оболочка вируса часто может быть построена из повторяющихся идентичных субъединиц – капсомеров. Из них образуются структуры с высокой степенью симметрии. Эти структуры и способны кристаллизоваться, что и обнаружил Д.И. Ивановский. Это свойство вирусов использовали для изучения их строения методами кристаллографии, основанными на применении рентгеновских лучей, и электронной микроскопии.
Игра без правил
1. Для борьбы с инфекциями люди с давних пор использовали разные дезинфицирующие средства. Сравнительно недавно для этих целей применяли 3–5%-ный раствор фенола (карболку), убивающий все микроорганизмы, а для обеззараживания небольших ран – различные спиртовые настойки.
У вирусов все не так! Нуклеиновую кислоту вируса выделяют с помощью фенола и хранят в спирту!
2. Антибиотики, убивающие бактерии, безвредны для вирусов.
Схема 1. Гибридизация вирусов
Оказалось, что такие гибриды образуются и естественным путем, вызывая хронические вирусные болезни.
Архитектура вирионов
Вирионы – обычно симметричные тела, состоящие, как указано выше, из повторяющихся элементов – капсомеров. В основе строения вирионов, определяемого взаимодействиями белков между собой и с нуклеиновыми кислотами, лежат законы термодинамики, определяющие правильную кристаллообразную структуру вирионов. Эти структуры образуются в результате самосборки. Возможные ошибки во время этого процесса исправляются также в результате действия законов термодинамики. Кроме того, законы термодинамики объясняют и реконструкцию исходной структуры вириона при смешивании его отдельных составных частей.
Вирионы разных вирусов:
а–вирус оспа-вакцины; б–вирус простого герпеса человека,
в–вирус гепатита В, г–аденовирус человека, д–вирус гриппа,
е–вирус гепатита А, ж–бактериофаг лямбда
Сложные вирусы – вирусы гриппа и парагриппа, рабдовирусы, вирус оспы и бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии). Вирус оспы – гигант среди вирусов.
Строение бактериофага
Эволюционное происхождение вирусов
Читайте также: