Я познаю мир. Вирусы и болезни
Шрифт:
Холерные вибрионы распространены довольно широко, но попадая – обычно с питьевой водой – в организм человека, не причиняют ему вреда. Заболевание вызывают только такие вибрионы, у которых, во–первых, есть нитевидный вырост, так называемый "пиль" – с его помощью бактерия прикрепляется к стенке кишечника – и которые, во–вторых, вырабатывают холерный токсин. Выяснилось, что ген холерного токсина привносит в холерный вибрион один из нитевидных фагов, а гены, определяющие образование пиля, когда–то проникли в него с другим фагом и закрепились в бактериальной хромосоме. В результате суперинфекции двумя фагами безобидная до той поры бактерия приобретает способность заселять кишечник, вырабатывать холерный токсин и становится смертельно опасной, вызывая обширные пандемии холеры.
Во
Таким образом, умеренные бактериофаги способны переносить отдельные гены и целые блоки генов от одного микроорганизма к другому, подчас радикально изменяя свойства бактерии, в которую этот фаг проник. Обеспечивая зараженной бактерии серьезные преимущества в борьбе за существование, умеренные бактериофаги являются важным фактором эволюции микроорганизмов.
Иногда бактерия настолько входит во вкус, что буквально порабощает проникший в нее фаг, лишая его возможности вернуться в вирулентное состояние. Фаговые гены, оказавшиеся полезными для бактерии, навсегда становятся частью бактериальной хромосомы. Фаг иногда предпринимает попытки вырваться из плена, и ему даже удается порой соорудить отдельные фрагменты вириона, чаще всего хвосты, но им уже не суждено собраться в полноценную фаговую частицу. Между тем, эти хвосты по–прежнему способны связываться с поверхностью других бактерий и наносить им точечные уколы. Бактерия, производящая такие хвосты, сама нечувствительна к их булавочным уколам, но охотно пользуется ими для устранения конкурентов, доводя их до гибели.
Водоплавающие фаги
Морская живность – это не только киты и акулы, треска и кораллы, водоросли и планктон. Выяснилось, что море буквально кишит бактериями! Ну, а где бактерии, там и их непременные спутники – бактериофаги. Вирусные частицы обнаружены в прибрежной зоне и в открытом океане, в тропических и полярных морях, на поверхности и в толще воды, вплоть до самого дна.
Какое–то время вирусы просто не замечали: ведь рассмотреть их можно было только в электронном микроскопе, к тому же пробу воды нужно сначала хорошо сконцентрировать. Но когда увидели и подсчитали количество вирусных частиц, стало ясно, что вирусы должны играть важную роль в жизни обитателей морей и океанов. Количество вирусных частиц может достигать 10 миллиардов в одном литре воды, то есть их оказалось в несколько раз больше, чем бактерий. Появился даже термин – виропланктон. Больше всего вирусов находится в поверхностных слоях прибрежных вод и меньше всего в океанических глубинах. В прибрежных водах численность вирусов мало зависит от глубины.
Вирусов всегда больше там, где больше бактерий. Обилие бактерий на дне и в его по сравнению с вышележащими слоями привлекает не только мелких придонных беспозвоночных, которые ими кормятся, но и вирусы. Морские льды обычно обогащены микроорганизмами по сравнению с омывающей их водой, и та же закономерность обнаружена и для вирусов. Тесная связь численности бактерий и вирусов показывает, что значительная
Вирусы поражают не только бактерии, но и фитопланктон – сообщество фотосинтезирующих цианобактерий и микроскопических водорослей. Впрочем, цианобактерии (раньше их называли сине–зелеными водорослями) не слишком страдают от вирусов. Возможно, это происходит потому, что многие цианофаги находятся в лизогенном состоянии.
Помимо бактериофагов, в морской воде обнаружены вирусы, способные заражать диатомовые водоросли, которые являются основой фитопланктона, и многих представителей одноклеточных жгутиковых водорослей, таких как золотистые водоросли хризофиты, кокколитофориды, празинофиты и криптомонады. У мельчайшей жгутиковой водоросли микромонаса (в клетке этой водоросли, наряду с ядром, помещается всего один маленький хлоропласт и одна митохондрия) удалось обнаружить целых 5 неродственных вирусов. А у еще одной водоросли – раф ид офита нашли 14 близкородственных вирусов!
В большинстве случаев в водорослях находят крупные полиэдрические частицы с четкими очертаниями диаметром 150–250 нанометров, которые больше всего напоминают иридовирусы насекомых. Частицы подобных вирусов найдены в зеленых и в бурых водорослях; в зеленых и красных водорослях обнаружены также вирусоподобные частицы других типов. Вирусные частицы из харовых водорослей выглядели как жесткие палочки и по внешнему виду напоминали вирус табачной мозаики, но были почти вдвое длинней. Их белок оболочки тоже очень похож на белок оболочки вируса табачной мозаики.
Жизнь в море только внешне может выглядеть хаотичной. На самом деле все морские организмы связаны, так сказать, пищевыми цепями, и фитопланктон находится в основании этих цепей. Это означает, что, поражая водоросли, вирусы регулируют количество корма для организмов, питающихся планктоном, прежде всего рыб и мелких ракообразных. Кроме того, фитопланктон вырабатывает кислород, и получается, что вирусы могут влиять на содержание кислорода в морской воде и в атмосфере. Обнаружено, что при разрушении вирусами некоторых одноклеточных водорослей выделяется газ диметилсульфид, который, попадая в атмосферу, способствует конденсации водяного пара и образованию облаков. Таким образом вирусы могут влиять на погоду, как ни фантастично это звучит. Вирусная инфекция имеет непосредственное отношение к прекращению цветения воды, наступающей при бурном размножении водорослей.
Вирусы можно найти и в пресных водоемах. Например, в планктоне Ладожского озера их оказалось несколько миллиардов в одном литре воды, то есть содержание вирусных частиц в относительно чистом пресноводном озере может быть не меньше, чем в морской воде. Встречались главным образом хвостатые бактериофаги с головкой различной формы и отростком разной длины, а также нитевидные вирусные частицы, которые могли быть или фагами, или вирусами растений. Кроме того, обнаружены крупные сферические вирусы, покрытые оболочкой.
Любопытнейшую находку сделали американские вирусологи. Они нашли фаги, заражающие бактерию сульфолобус. Казалось бы, что особенного? Выделяя тот или иной вид бактерий, исследователи обычно обнаруживают и соответствующие фаги. Но дело в том, что сульфолобус живет в горячих серных источниках при температуре около 80 градусов. В этих источниках газ сероводород, выделяющийся из толщи горных пород, превращается в элементарную серу. Ей–то и питается сульфолобус, попутно выделяя серную кислоту. Но даже жизнь в горячей серной кислоте не спасает от настырных бактериофагов. Сульфолобус обнаружен в кислых горячих источниках в Исландии, Новой Зеландии, на Камчатке, в Иеллостоунском национальном парке США, Италии, Сальвадоре, Доминиканской республике и в Японии, и всюду в этих же источниках обнаружены фаги, заражающие этот микроорганизм.