Андрей Летаров: "Бактериофаги и концепция вируса. История ключевой идеи"

• Лекции по биологии бактериофагов и вирусов прокариот занимают семестр.  

• Первая лекция посвящена истории вопроса, так как недавно отмечалось 100-летие открытия бактериофагов.  

• Лектор приглашает присоединиться к празднованию.  

• Бактериофаги — это вирусы бактерий.  

• Современное понятие вируса возникло благодаря изучению бактериофагов.  

• Феликс Дрель в 1917 году выделил невидимый микроб, антагонистичный бацилле дизентерии.  

• Вирус — это генетическая программа, передающаяся через вирусную частицу.  

• Вирусная частица защищает генетический материал и доставляет его в подходящую клетку.  

• Бактериофаги прикрепляются к клетке бактерии и вводят свою ДНК.  

• Литический цикл: вирусная ДНК встраивается в хромосому бактерии и вызывает лизис клетки.  

• Лизогенный цикл: вирусная ДНК интегрируется в хромосому, но не вызывает лизис.  

• Умеренные фаги могут существовать в обоих циклах, вирулентные — только в литическом.  

• Антони ван Левенгук в конце XVII века изобрел простой микроскоп.  

• Левенгук открыл бактерии и описал их в своих письмах.  

• Его наблюдения заложили основы микробиологии и микроскопии.  

• Книга Поля де Крюи "История ранней микробиологии" вышла в 1926 году.  

• Она описывает историю микробиологии как сказку с добрыми и злыми волшебниками.  

• Центральными фигурами книги являются Луи Пастер и Роберт Кох.  

• Луи Пастер был химиком и сделал открытие оптической изомерии органических веществ.  

• В то время не было представления о строении органических молекул.  

• Пастер показал, что многие вещества, такие как винная кислота, могут существовать в двух формах, отличающихся только зеркальным отражением молекул.  

• Пастер продолжал свои исследования, несмотря на запросы от промышленников и правительства.  

• Он занимался проблемами, связанными с порчей продуктов на производстве и болезнями шелкопрядов.  

• Эти задачи требовали решения конкретных проблем, что привело к его дальнейшим открытиям.  

• Луи Пастер боролся против идеи самозарождения жизни с XVIII века.  

• Он выиграл приз Политехнической академии наук, находя изящные решения.  

• Пастер был ученым, ориентированным на процессы, а не на микроорганизмы.  

• Роберт Кох был врачом по образованию и заложил направление медицинской микробиологии.  

• Он изобрел плотные питательные среды, включая агар-агар.  

• Кох и его сотрудник Рихард Юлиус Петри разработали технику окрашивания бактерий для лучшего изучения.  

• В конце XIX века в институте Пастера изобрели свечу Шамберлана для фильтрации воды.  

• Свеча Шамберлана задерживала бактериальные клетки, что делало воду безопасной для питья.  

• В Бангладеш предложили фильтровать воду через поношенное сари для улучшения фильтрации.  

• Дмитрий Ивановский открыл фильтрующиеся вирусы, изучая болезнь табака.  

• Мартин Бейеринк независимо от Ивановского также открыл фильтрующиеся вирусы.  

• Лефлер и Фрош выделили вирус ящура, но не смогли его изолировать из-за его малого размера.  

• Ивановский показал, что вирусы можно кристаллизовать, что легло в основу работы Стэнли.  

• К началу XX века микробиология достигла значительных успехов, но вирусы оставались загадкой.  

• В форту Александр Первый в Петербурге была организована чумная лаборатория для исследований и производства препаратов.  

• В лабораториях часто сталкиваются с разрушением культур под воздействием вирусов бактерий.  

• Пример: производство рекомбинантного инсулина в институте биоорганической химии.  

• Проблема часто игнорируется, так как проще выбросить испорченные культуры и начать заново.  

• Американский ученый Стефан Эбедон исследовал работы, предшествующие официальному открытию бактериофагов.  

• Эрнест Ханберианкин в 1898 году обнаружил, что фильтрат воды из реки убивает холерный вибрион.  

• Гамалея Николай Федорович также наблюдал автолиз культур, но не исследовал это явление дальше.  

• Феликс Дрель был самоучкой, родившимся в Париже и жившим в Канаде.  

• Он увлекся микробиологией и работал в различных областях, включая производство шоколада и борьбу с саранчой.  

• Дрель проводил эксперименты с бактериями, вызывающими заболевания у саранчи, и наблюдал феномен "чистых пятен".  

• Фредерик Уильям Торт, английский микробиолог, первым опубликовал работу о бактериофагах.  

• Он работал в Брауновском институте в Лондоне, занимаясь выращиванием вируса оспы вакцины.  

• Вакцинирование против оспы предшествует открытию вирусов и связано с заболеванием коровья оспа.  

• Вирус коровьей оспы не защищает от натуральной оспы.  

• Вакцину выращивали на животных, но она содержала микроорганизмы.  

• Идея выращивания вируса на бесклеточных средах казалась абсурдной, но была успешной.  

• Пастер использовал оптическое замерие для выращивания микроорганизмов.  

• Торт пытался вырастить возбудителя туберкулеза, но это было сложно.  

• Идея выращивания всего на правильных питательных средах оказалась ошибочной.  

• Торт заметил, что некоторые бактерии перерождаются в стекловидные колонии.  

• Он перенес материал из стекловидной колонии на свежую и увидел, что она тоже перерождается.  

• В 1915 году он опубликовал статью в авторитетном журнале, но его не заметили.  

• Дрель работал в лаборатории по производству вакцин в Париже.  

• Он сделал около пяти миллионов доз вакцин за время войны.  

• В 1917 году он опубликовал статью о бактериофаге в журнале "Comptes Rendus".  

• Дрель предположил, что бактериофаг убивает бактерии, а не убивает людей.  

• Он собрал образцы от выздоравливающих драгун и обнаружил, что бактериофаг лизирует бактерии.  

• В 1919 году он провел эксперимент с бактериофагом, который оказался успешным.  

• Дрель опубликовал книгу о роли бактериофага в иммунитете.  

• Он обидел Жуля Борде, который получил Нобелевскую премию за открытие бактерицидной активности сыворотки крови.  

• Дрель утверждал, что выздоровление происходит через бактериофаг, что не было признано.  

• Ученые спорили, но в итоге все оказались правы, кроме Дрель.  

• Дрель утверждал, что исследования Борде ошибочны и занялся бактериофагами.  

• В ходе этой работы они сделали много открытий.  

• Дрель был канадским гражданином и жил в Виши во время оккупации Франции.  

• Он критиковал теорию иммунитета, основанную на антителах, считая её ложной и вредной.  

• Дрель изучал реальные случаи заболеваний, фокусируясь на бактериофагах.  

• Борде утверждал, что вирусов не существует, а бактерии впадают в состояние искаженного обмена веществ.  

• Он считал, что бактерии умирают в муках и продуцируют сигнал, который другие бактерии воспринимают и самоубиваются.  

• Дрель полемизировал с Борде, но в основном литературно.  

• Главным оппонентом Борде был забытый Ришар Брюно.  

• Борде работал в Брюсселе, а Брюно в Левине.  

• В Левине есть мощные фаговые группы, и здание института имеет большие окна для работы с микроскопами.  

• Борде и Брюно были членами бельгийского общества биологических наук.  

• Они делали доклады и писали заметки, что помогло биографам проследить их работу.  

• Обе команды сделали много важных открытий в течение 5-6 лет.  

• Обе команды подтверждали эксперименты друг друга, но интерпретировали их по-разному.  

• Началось всё с очень странного опыта, который ещё не утомляет.  

• Борде утверждал, что введение культуры кишечной палочки в брюшную полость морской свинки вызвало образование бактериофага.  

• Бренок подтвердил, что бактериофаг действительно возник, но не считал его вирусом.  

• Дрель оставил культуры бактериофагов в Париже, но его исследования не воспринимались всерьез.  

• В Париж приехал ученик Борде, Михаил Цука, который не верил в существование бактериофагов.  

• Цука использовал культуры, которые Дрель пытался адаптировать к новым хозяевам.  

• Эти культуры показали вторичный рост, что подтвердило существование бактериофагов.  

• Дрель и Бренок работали с нейтрализующими бактериофаг сыворотками.  

• Антитела связывались с хвостом бактериофага, предотвращая его активность.  

• Бренок показал, что разные расы фагов вызывают разные антитела.  

• Дрель утверждал, что бактериофаги имеют корпускулярную природу.  

• Борде предложил объяснение, что концентрация действующего принципа понижается при разведении.  

• Эксперимент с серийными разведениями показал, что бактериофаги имеют корпускулярную природу.  

• Борде не верил в корпускулярную природу бактериофагов и в итоге отказался от этой идеи.  

• В 1930 году Борде признал, что бактериофаги являются вирусами, но интерпретировал их по-своему.  

• В 1923 году Борде написал, что теория Дрель была бы верной, если бы бактериофаги были вирусами.  

• Андре Грация, бельгийский бактериолог, работал с Борде и открыл мутации у бактериофагов.  

• Грация разработал метод титрования бактериофагов, который используется до сих пор.  

• Грация стал прототипом персонажа Мартина Роузмита в романе Синклера Льюиса "Простое сердце".  

• Зинаида Ермолаева, известный микробиолог, получила Сталинскую премию за работу по фаговой терапии.  

• В книге Каверина её работа по фаговой терапии была проигнорирована.  

• Ермолаева организовала производство дизентерийного фага для профилактики в частях Красной армии во время войны.  

• В учебниках 1930-х годов теория Борде о бактериофагах была доминирующей.  

• Борде, нобелевский лауреат, был известен своими открытиями в иммунологии и микробиологии.  

• Его теории о бактериофагах и свертывании крови были ошибочными.  

• Генетик Герман Джозеф Мюллер предположил, что бактериофаги могут быть генами.  

• В 1922 году Мюллер писал, что бактериофаги могут дать новый угол для изучения генов.  

• В 1940 году бактериофаги были впервые изображены с помощью электронного микроскопа.  

• В 1940-х годах бактериофаги считались маленькими организмами, а не генами.  

• Борде и другие ученые считали, что бактериофаги записаны в наследственной природе бактерий.  

• Наследственность понималась как физиологическое явление, а не генетическое.  

• Открытие лизогенных культур показало, что вирусы могут встраиваться в геном бактерий.  

• Лизогенные культуры устойчивы к повторному заражению и могут индуцировать лизис чувствительных клеток.  

• Бэйл получил культуру, где все клетки были лизогенными и могли выделять бактериофаги.  

• Лизогенные культуры индуцируют лизис чувствительных клеток.  

• Бэйл и другие ученые показали, что бактериофаги передаются из поколения в поколение внутри клеток.  

• Феномен лизогении был аккуратно описан и доказан.  

• Франк Макфарлан Бернетт получил Нобелевскую премию за открытие иммунологической толерантности.  

• Он обнаружил, что внутри лизогенных бактерий нет живого фага.  

• Предложил термин "зародыш", который активируется или высвобождается в определенных клетках.  

• Доран Джон открыл штамм бациллу с мегатериум 899, который был лизогенным и содержал профаг.  

• Бациллы могут образовывать эндоспоры, которые переживают неблагоприятные условия.  

• Споры образуются внутри клетки с помощью искаженного деления.  

• Евгений и Элизабет Вольман работали в институте Пастера в Париже.  

• Они разрушали бактерии, зараженные фагом, и пришли к выводу о существовании двух фаз в жизненном цикле фага.  

• Вольманы установили микроманипуляторы для исследования отдельных клеток, но были арестованы и погибли в Аушице.  

• Андрей Львов, сын эмигрантов, стал близким другом семьи Вольманов.  

• После ареста Вольманов Львов присоединился к французскому сопротивлению и сотрудничал с английской разведкой.  

• Он начал эксперименты с отдельными клетками, чтобы доказать отсутствие фага в лизогенных бактериях.  

• Джошуа Ледерберг и его супруга Эстер изучали конъюгацию бактерий, аналог полового процесса.  

• Конъюгация позволяет передавать ДНК между бактериями, что используется для генетических исследований.  

• Ледерберги разработали метод генетических карт, основанный на времени передачи ДНК.  

• Конъюгация позволяет передавать свойства лизогенности и профак.  

• Профак генетически сцеплен с бактериальными генами, такими как способность употреблять галактозу.  

• Нортон Зндер и Ледерберг использовали конъюгацию для изучения сальмонелл.  

• Антибиотики, такие как пенициллин, помогают отбирать мутанты бактерий.  

• Пенициллин убивает активно растущие бактерии, но не действует на неактивные.  

• Это позволяет получать бактерии, не способные делать определенные компоненты среды.  

• Бактериофаг Т22 используется для передачи генов через бактериальный фильтр.  

• Т22 осуществляет специфическую трансдукцию, захватывая кусочки бактериального генома.  

• Другие фаги, такие как Т1, могут переносить случайные куски ДНК.  

• Макс Дельбрюк и его фаговая группа превратили исследование бактериофагов в точную науку.  

• Дельбрюк получил Нобелевскую премию за системное мышление в бактериофагии.  

• Фаговая группа была неформальной сетью взаимодействия ученых, похожей на современную группу в Facebook.  

• Эмори Элис исследовал вирусы, включая бактериофаги, для изучения рака.  

• Он повторил эксперименты Дрели по единичному циклу роста бактериофага.  

• Элис и Дельбрюк открыли феномен эклипса и латентного периода бактериофагов.  

• Эмори Элис изучал фагов и пытался лечить рак с помощью фаговых суспензий.  

• Он работал с Лурией, который открыл феномен рестрикции модификации в 1952 году.  

• Это открытие стало основой для генной инженерии в первом поколении.  

• Бактерии производят ферменты, которые узнают и режут ДНК в строго определенных участках.  

• В 60-70-е годы исследовали эти ферменты, что позволило резать ДНК в строго определенных местах.  

• Дельбрюк и С. Лурия провели пунктуационный тест для проверки возникновения мутаций устойчивости к фагам.  

• Дельбрюк, теоретический физик, разработал математическую модель для различения спонтанных и индуцированных мутаций.  

• Эксперименты показали, что мутации возникают спонтанно, а не под действием фагов.  

• Ледерберг использовал репликатор для перепечатки колоний бактерий на чашки с фаговым агаром, подтверждая случайное распределение мутаций.  

• Дельбрюк и его коллеги провели множество изящных исследований, включая изучение количества фагов на одну клетку.  

• Альфред Херши и Марта Чейз доказали, что ДНК является генетической информацией, пометив белки и ДНК бактериофага.  

• Эти эксперименты способствовали признанию ДНК как генетической системы.  

• Херши и Дельбрюк научились скрещивать бактериофаги, что привело к генетическим рекомбинациям.  

• Генетические рекомбинации позволяют строить генетические карты и измерять генетические расстояния.  

• Бактериофаги можно использовать для получения множества мутантов, что делает их удобными для генетических исследований.  

• Бензор доказал, что гены протяженные и могут быть разделены на части.  

• Исследование рекомбинаций между мутантами фага Т4 позволило определить свойства генетического кода.  

• Генетический код оказался триплетным и не перекрывающимся, что было доказано до расшифровки ДНК.  

• В сороковых годах развивались исследования, изучающие процессы в клетке до выхода бактериофага.  

• Методы электронной микроскопии и усидчивость исследователей позволили понять, когда и как появляются ДНК и белки.  

• Появились схемы морфогенеза бактериофагов.  

• Головки заполняются ДНК, хвосты собираются отдельно и объединяются.  

• Завершился романтический период вирусологии.  

• Терминология T1, T2, T3 и т.д. была предложена Дельбрюком и Дорманом.  

• Фаговая группа сосредоточилась на изучении выделенных вирусов.  

• Лизогения не попала в эту группу, но наука развивалась.  

• В 1986 году вышла книга "Цы бактерио феджис", концентрирующаяся на модельных системах.  

• Экологическое направление, связанное с Дельбрюком, возродилось недавно.  

• Вирусы рассматриваются как глобальная сеть генетического переноса.  

• Бактериофаги пронизывают планету и влияют на различные аспекты жизни.  

• Они взаимодействуют с бактериями и влияют на здоровье людей и животных.  

• Эти идеи начинают формироваться сегодня.  

• Исследователи бактериофагов оказались дружными и интересными.  

• На конференциях царит приятная атмосфера.  

• Примеры известных ученых, таких как Петр Лейман и Паскаль Буланже.