Спутник невидимых — бактериофаг

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

В кабине второго еще советского космического корабля-спутника вместе с прославленными собаками Белкой и Стрелкой было множество и других путешественников: мыши, крысы, мухи-дрозофилы, бактерии, бактериофаг. Наш рассказ пойдет о последнем пассажире, о бактериофаге. Что это — существо или вещество? Почему людей интересует его поведение в космическом полете? Что дает ученым исследование этого крохотного микроорганизма?

Почти все породы микробов имеют свой специальный вид фага. Известны фаги для нежных палочек брюшного тифа, для дифтерийных палочек, похожих на маленькие гантели, для юрких холерных вибрионов, чудовищно злых палочек чумы и многих других обитателей незримого мира.

У фагов изысканный вкус. Они нападают только на свой вид микроба и оставляют без внимания чужие. Так, тифозные фаги растворяют только брюшнотифозные бактерии, а дизентерийным палочкам этот враг не опасен.

ЧУДЕСНЫЙ РАСТВОРИТЕЛЬ

Николаи Федорович Гамалея не поверил своим глазам: питательная среда в колбе, прежде мутная от кишащих там мириадов палочек сибирской язвы, не содержала и следа бактерий. Ученый бросился с колбой к окну. Луч солнца осветил жидкость в сосуде. Да, зрение не обмануло: бактерии каким-то чудесным образом растворились.

«Попробую прилить этот странный раствор к новой порции бактерий», — решил исследователь. Наутро бактерии вновь исчезли из колбы. Это случилось в 1899 году у нас в Украине, в славном городе Одесса. В 1917 году французский исследователь Д’Эрелль открыл новый мир ультрамикроскопических существ — виновников гибели бактерий. Ученый назвал их бактериофагами (слово «фаг» по-гречески означает «пожиратель»; в буквальном смысле «бактериофаг» — «пожиратель бактерий»).

Мастер микробиологии узнал, что фаги — это крохотные охотники, которые как тень следуют за микробами. Везде, где есть микробы, может быть найден и фаг. Вездесущий спутник микробов живет в кишечнике больных и здоровых людей, на фруктах и овощах, на росистой траве, в воздухе, на поверхности и в глубине тихих рек, озер и океанов.

СУЩЕСТВО ИЛИ ВЕЩЕСТВО?

Некоторые ученые убеждены что фаги — это мертвое вещество типа ферментов. Они разрывают бактерию в клочья, подобно тому,как ферменты расщепляют белки на их составные части — аминокислоты. Но большинство ученых причисляют необыкновенный растворитель к живому миру, к миру вирусов. И в самом деле, между фагами и вирусами много общего: эти ультрамикроскопические создания сходны по размерам частиц, по химической структуре. Они размножаются только внутри живых клеток, не растут на искусственных питательных средах. Многие ученые так и называют фаг — бактериальный вирус.

Бактериофаги поразительно жизнестойки. Некоторые из фагов могут годами сохраняться в высушенном состоянии, переносить нагревание до + 100°, замораживание при —185°, давление в 3—6 тысяч атмосфер, выдерживать колоссальные дозы ионизирующей радиации (до 100 тысяч рентгенов).

Как поведет себя столь устойчивое существо в космосе, выдержит ли губительную силу космических лучей? Этот вопрос задавали себе ученые, посылая фаг спутником Белки и Стрелки.

НА АРЕНЕ БИТВЫ

Хотите взглянуть на битву фагов с микробами? Это не так уж сложно! Сквозь волшебную «линзу» электронного микроскопа темнеют разрушенные скелеты того, что было бактериями. А рядом, как рой, блестят какие-то крошечные частицы. Это и есть фаги. Они слегка блестят потому, что на них особым способом наносят ничтожно малый слой серебряной пыли. А рядом с ними каким-то чудом уцелевший микроб. Каким гигантом представляется этот обитатель невидимого мира по сравнению с фагами — вирусами!

Фаг расправляется со своей добычей постепенно. Вначале он проникает внутрь клетки и там скрывается даже от всевидящего глаза электронного микроскопа. Но вот через 20—30 минут оболочка клетки лопается — фаг разрывает ее в клочья. Сотни молодых фаговых частиц, точно стайка весенних мотыльков, выходят на простор, набрасываясь на новые клетки. От некогда грозного микроба остается лишь легкая, еле заметная тень. Так размножаются все вирусы.

ВРАГ ИЛИ ДРУГ?

Долгие годы фаг считали смертельным врагом микробов. Но гибель клетки под беззвучным натиском фаговых частиц — это только эпизод в сражении фагов с микробом. Если всякая встреча с фагом заканчивалась бы для бактерии смертельно, то погибли бы не только побежденные — микробы. Исчезли бы и победители — фаги, не найдя больше для себя пищи.

Недавно ученые обнаружили, что есть фаги, которые не убивают микроба. Соединяясь с телом хозяина, фаги живут там в многочисленных поколениях, не причиняя вреда своему хозяину. В сердцевине бактерии фаг как бы прокрашивается всеми оттенками клетки. Перебравшись на другую бактерию, маленький паразит может привить ей отдельные свойства своего прежнего хозяина. Так, например, некоторые фаги, пожившие внутри пенициллино-устойчивых бактерий, могут, заражая чувствительные к этому антибиотику бактерии, делать их устойчивыми.

А как влияют космические лучи на фаг, запертый в микробе? Известно, что самые ничтожные дозы ионизирующей радиации «выгоняют» фаг из темницы-клетки, помогают ему вновь обрести разрушительную силу. Чтобы узнать, проникают ли в кабину корабля космические лучи, ученые поместили туда содержащих фаг микробов.

ПО СЛЕДАМ МИКРОБОВ

Вода в реке была холодная, прозрачная, и потому жители поселка нередко использовали ее для питья. Зимой в поселке внезапно заболела брюшным тифом женщина. Болезнь прокралась и в другие дома.

«Причина заболеваний — зараженная вода!» — говорили врачи-эпидемиологи. Но как доказать это? Ведь высеять из воды брюшнотифозную палочку обычными бактериологическими методами очень трудно. И вот на помощь привлекли бактериофаг…

Ученые В. Д. Тимаков и Д. М. Гольдфарб разработали новый метод обнаружения болезнетворных бактерий. Выделены фаги, способные размножаться только на брюшнотифозных микробах. В колбе речной воды такие фаги находят тифозных палочек и начинают на них быстро размножаться. Уже через 4—5 часов в колбе плавают не единицы, а сотни и даже тысячи фагов-ищеек. Если же вода не заражена — фага остается столько, сколько было добавлено. Оказалось, что при посредстве фагов-следопытов можно находить в пищевых продуктах, в воде, в кале больных бактерии дизентерии, некоторые виды салмонелл, чумную и бруцеллезную палочки, холерных вибрионов.

Автор: М. Д. Крылова.