Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий

У бактериофагов нет внутренних источников энергии для самостоятельного движения, поэтому на первый взгляд бактерия сама случайно наталкивается на бактериофаг, как корабль на мину. Тем не менее бактериофаг способен передвигаться, используя микроконвективные потоки в жидкости и свои длинные хвостовые фибриллы в качестве “парусов”. Сигналом к поднятию “парусов” служат некоторые продукты метаболизма бактерии, которые она выбрасывает в окружающую среду. Эти вещества воздействуют на нити фага, заставляя их “распушаться”. Поэтому бактериофаг преимущественно поражает бактерии в определенной стадии их жизненного цикла – незадолго до деления. В этот период они наиболее активны, много едят и много выделяют. В зоны с высокой концентрацией продуктов метаболизма и устремляются бактериофаги, устраивая там “минное поле”.

Поток жидкости подносит бактериофаг к бактерии или наоборот. Фибриллы “ощупывают” поверхность бактерии на предмет того, а подходящий ли это объект для атаки, ведь каждый бактериофаг настроен на определенный вид бактерий – чужого им не надо! Наткнувшись на нужные им рецепторы, фибриллы прочно связываются с ними, заякориваются, а затем изгибаются и прижимают конец стержня к поверхности. В пластинке находится специальный фермент лизоцим, он “прожигает” отверстие в мембране бактерии, в которое входит стержень. Через этот стержень внутрь бактерии “впрыскивается” нуклеиновая кислота из головки бактериофага.

После этого начинается обычный вирусный беспредел, детали которого, кстати, удалось выяснить в значительной мере при помощи все тех же бактериофагов, ведь бактерии – намного более удобный объект для исследований, чем растения и животные. Генетическая информация, поступающая в виде ДНК (РНК) от вируса, перепрограммирует клетку хозяина и подчиняет всю ее жизнедеятельность задаче производства компонентов вируса, то есть его размножения. Используя инфраструктуру бактерии, нуклеиновая кислота бактериофага направляет синтез необходимых ему белков и при этом еще сама реплицируется. Ученые называют это автокаталитическим процессом с ускорением. Образующиеся белки и нуклеиновые кислоты “самособираются” в новые бактериофаги числом от 200 до 1000, а произведенный фермент лизоцим растворяет оболочку бактерии, выпуская этих “убийц” на свободу.

На все про все уходит около 30 минут. Возникает естественный вопрос: почему же бактериофаги, и вирусы в целом, при такой гигантской скорости размножения не заполонили уже всю Землю? Ответ очень прост: недостаток ресурсов. Например, бактериофаги уничтожают в неком пространстве целевой для них вид бактерий, а потом сами превращаются в добычу или “вымирают” естественным образом. Как мы увидим в дальнейшем, у Природы есть и другие способы сдерживать агрессивность вирусов, да и сами вирусы умеют умерять свои аппетиты. Природа устроена очень рационально, нам есть чему у нее поучиться, в том числе у безмозглых вирусов.

Завершая этот раздел, еще раз скажем о том, что мы многое знаем о строении вирусов и о механизме их действия на различные живые организмы. Но при этом многие важные вопросы остаются непроясненными. То есть каждый отдельно взятый ученый считает, что он знает точный ответ, но научное сообщество в целом пребывает в состоянии непрекращающегося спора.

И первый вопрос: являются ли вирусы живыми организмами? Им задавались еще основоположники – Ивановский и Бейеринк, они дали на него диаметрально противоположные ответы, сопроводив их, впрочем, многочисленными оговорками, стершими резкую грань. Вопрос этот философский (в прямом и переносном смысле), поскольку сначала нужно определить, что есть жизнь. Вирусы несут наследственную информацию, они видоизменяются, эволюционируют и подвергаются действию естественного отбора. В этом смысле они ничем не отличаются от живых организмов. С другой стороны, живые существа потребляют из окружающей среды энергию и различные вещества, пьют, едят, дышат, перерабатывают все это и выбрасывают отходы назад в окружающую среду. Никакого подобного метаболизма у вирусов нет и в помине, в своем нативном виде, вне клетки хозяина, они ничем не отличаются от обычных химических веществ – мертвой материи. В общем, ядовитая жидкость, как писал Бейеринк.