История бактериофагов
К концу XIX столетия микробиология была достаточно развитой наукой, в которой активно работало значительное число исследователей, а также практических специалистов-бактериологов, занятых в клинике и на некоторых производствах. Более того, к началу XX века вирусы (по тогдашней терминологии фильтрующиеся вирусы) уже были известны: в 1892 г. Д. И. Ивановским был открыт вирус табачной мозаики, а в 1898 г. Ф. Лёфлером и П. Фрошем был описан вирус ящура. С высокой долей вероятности многие исследователи встречались с явлением бактериофагии. Известно несколько десятков статей, вышедших до 1915 г., которые сообщают об эффектах, сходных с бактериофагией, среди которых наиболее известны работы Э. Ганкина (E. Hankin), в 1896 г. описавшего литическое действие фильтрата воды р. Ганг на холерного вибриона , а также работа Н.Ф. Гамалеи, наблюдавшего в 1897 году впервые наблюдал явление лизиса бактерий (сибиреязвенной палочки) под влиянием перевиваемого агента В 1915 г. английский микробиолог Фредерик Туорт описал так называемое стекловидное перерождение колоний стафилококков, возбудитель которого проходил через фарфоровые бактериальные фильтры, и его можно было переносить от одной колонии к другой. Туорт охарактеризовал этот агент как вирус, заражающий бактерии и даже выдвинул предположение во возможном эволюционном происхождении вирусов из доклеточных форм жизни.
Независимо от Фредерика Туорта франко-канадский микробиолог Феликс д’Эрелль сообщил в 1917 г. об открытии вируса возбудителя дизентерии, который он назвал бактериофагом. Важнейшим достижением д’Эрелля была верная интерпретация стерильных пятен (бляшек), образующихся в сплошном слое бактериального роста на плотной среде (так называемом газоне) под действием разбавленной суспензии фага как индивидуальных негативных колоний бактериофага. Д’Эрелль сделал верное заключение, что в большинстве случаев бляшка формируется из отдельной фаговой частицы, что приводило, во-первых, к заключению о корпускулярной природе фага (в противоположность гипотезе о растворимом токсине, имеющем минимальную действующую концентрацию), а во-вторых дало возможность практического измерения концентрации активных фаговых частиц (или, точнее, бляшкообразующих единиц) в суспензиях. Возможность простой визуализации фагов и определения их концентрации методом посева сыграла ключевую роль в дальнейших исследованиях природны бактериофагов.
После открытия явлений бактериофагии д’Эрелль развил учение о том, что бактериофаги, обитающие в кишечнике человека и животных, способны адаптироваться к размножению на патогенных бактериях, и играют ключевую роль в естественном иммунитете, обеспечивая выздоровление больного организма даже в большей степени, чем известные в то время клеточные и гуморальные факторы иммунитета. Это положение привлекло к напряженному научному противостоянию д’Эреля и его сторонников с Жюлем Борде и и его школой, которые пытались доказать, что бактериофагия не является результатом действия специфического паразита, но возникает в результате внутреннего «физиологического дисбаланса» бактерий. Это противостояние хотя и привлекло к проблеме бактериофагии внимание ряда ученых, несколько задержало широкое признание взглядов д’Эреля на бактериофаг как на ультрамикроскопический организм. Окончательно эти споры были разрешены только благодаря применению электронного микроскопа, которое в начале 1940-х позволило напрямую наблюдать вирионы бактериофагов.
Тем не менее, уже в 1922 г. немецкий генетик Герман Мёллер, опираясь на результаты д’Эрелля и сотрудника Ж. Борде Андре Грациа сделал предположение, что «тельца д’Эрелля» (бактериофаги) предстваляют собой гены, способные к передаче (выражаясь современным языком, предположил, что бактериофаги являются трансмиссивной генетической программой), что, по мнению Мёллера, позволяло «атаковать проблему гена под совершенно новым углом» и давало надежду, что генетики скоро смогут «растирать гены в ступке или запекать в печи» .
В 1940-х – в начале 1950-х годов, результате работ так называемой фаговой группы, неформальным лидером который был Макс Дельбрюк, а также группы Джошуа Ледерберга и ряда других исследовательских коллективов, данная гипотеза была полностью подтверждена. В 1930-е – 1950 е годы многие исследователи работали также над раскрытием механизмов лизогении, которая была впервые описана д’Эреллем и Борде, которые, однако, не смогли верно интепретировать свои наблюдения. Окончательно проблема была разрешена в результате работ групп Андре Львова во Франции и Д. Ледерберга. Ими было показано, что профаг – генетический материал умеренного бактериофага содержится в каждой лизогенной клетке, но проявляется лишь в некоторых в процессе так называемой индукции. Более того, удалось продемонстрировать, что профаги не просто присутствуют в клетке, но интегрируются в ее собственный генетический аппарат — хромосому. Эти работы (в сочетании с развивавшимися в то же время исследованиями по генетике бактерий) заложили основы молекулярной генетики и молекулярной биологии и привели к созданию современной концепции вируса как трансмиссивной генетической программы, а также концепции провируса — временно «спящей» формы некоторых вирусов, интегрированной в клеточный геном.
Помимо своих пионерских исследований, касающихся природы бактериофага, Ф. д’Эрелль также предложил вводить полученный in vitro бактериофаг в качестве средства лечения бактериальных инфекций. Этот подход известен как фаговая терапия. По сообщениям самого д’Эрелля в его руках метод фаговой терапии характеризовался впечатляющей эффективностью, и в 1920-е – 1930-е годы эта технология была крайне популярна на Западе, а также в СССР. Однако, нестабильные результаты лечения бактериофагами, а также появление сульфаниламидных препаратов и антибиотиков привели практически к исчезновению интереса к фаговой терапии в Западной медицине. Интересно, что в СССР (а после распада страны — в России и Грузии) этот метод продолжал применяться. В 2010-2020 годах фаговая терапия вновь рассматривается как перспективный метод борьбы с бактериальными инфекциями, потенциально способный сгладить последствия глобального кризиса, вызванного распространением устойчивости к антибиотикам.