Kai 1882 m. Vokiečių patologas Robertas Kochas atrado tuberkuliozę sukeliančią bakteriją, jis parengė ir trumpą vadovą, kaip susieti mikroorganizmus su jų sukeliamomis ligomis.
Buvo pakloti pamatai mikrobų teorijai – šiuolaikiniam supratimui, kad patogenai gali mus susargdinti. Beje, R. Kocho darbas supurtė ne tik medicinos sritį. Sukluso ir botanikai, rašoma smithsonianmag.com.
XIX a. viduryje Europoje auginamam tabakui iškilo grėsmė dėl mozaikinės ligos, ir augalų patologai nusprendė išsiaiškinti, kas ją sukelia. Ilgą laiką tik progresyvus botanikas Martinusas Beijerinckas ėjo tinkama kryptimi. Jis suprato, kad ligos šaltinis – ne bakterinė ir ne grybelinė infekcija, o kažkas naujo: virusas.
Šiandien žinome, kad virusų galima aptikti praktiškai visur: ore, vandenynuose, dirvožemyje. Nedidelė jų dalis yra pavojingi patogenai, sukeliantys įvairias ligas, pavyzdžiui, už dabartinę COVID-19 pandemiją atsakingas koronavirusas SARS-CoV-2. Visgi virusų tyrimai prasidėjo ne medicinos srityje, bet botanikos, augalų mokslo. Virusai yra tokie maži ir tokie keisti, kad mokslininkams prireikė ne vieno dešimtmečio patvirtinti, jog jie iš tiesų egzistuoja.
Ligų sukėlėjai
Idėja, kad mikroorganizmai sukelia augalų ligas, nebuvo visiškai nauja net XIX a. pabaigoje. XIX a. penktajame dešimtmetyje pastorius ir botanikas Milesas Berkeley nustatė grybelį, sukėlusį bulvių marą Airijoje, nepaisant dvasininkų įsitikinimo, kad dėl visko buvo kaltas šėtonas.
1857 m. ūkininkai Nyderlanduose pranešė apie ligą, keliančią grėsmę dar vienai ekonomiškai labai svarbių augalų rūšiai – tabakui. Tabako lapai pradėjo keisti spalvą į tamsiai žalią, atsirasdavo taškelių.
Naujosios ligos paveiktose teritorijose ūkininkai prarado iki 80 proc. derliaus. Didžiuliai laukai, kuriuose nuolat buvo sėjami tie patys augalai, tapo itin pažeidžiami. Ligai pasiekus ūkininko lauką, ji išplisdavo labai sparčiai.
„Augalų virusams išties lengva plisti, – teigė augalų virusologė Karen-Beth Scholthof, dirbanti Teksaso A&M universitete. – Jeigu esate šiltnamyje ar savo darže ir laistote žarna, žarnai palietus infekuotą augalą, vėliau ja galite užkrėsti kitus.“
Nyderlandų augalų patologas Adolfas Mayeris ligą pradėjo tyrinėti 1879 m. ir ją pavadino „mozaikine tabako augalų liga“. Jis bandė naudotis R. Kocho gairėmis, kuriose kalbama apie daugkartinį mikrobų izoliavimą ir pakartotinas infekcijas, kad nustatytų ligos priežastį. Vis dėlto A. Mayeris susidūrė su sunkumais. Nors jis pademonstravo, jog užkrėsto tabako lapo sultys perduoda užkratą sveikam lapui, mokslininkui nepavyko izoliuoti grynos patogeno kultūros ar pamatyti sukėlėjo per mikroskopą.
„Tuo metu paprasčiausiai nebuvo įrankių virusui aptikti, – sakė biologijos antropologė Sabrina Sholts, „Smithsonian“ nacionalinio gamtos muziejaus Ligų protrūkio parodos kuratorė. – A. Mayeriui tai buvo tiesiog nematomas užkratas.“
Kai 1887 m. pradžioje Kryme gyvenęs botanikas Dmitrijus Ivanovskis pradėjo tyrinėti mozaikinę tabako ligą, jis taikė kitą metodą. Mokslininkas perkošė tabako lapų sultis per smulkių akučių filtrus, pagaminus iš neglazūruoto porceliano. Tokio porceliano akutės yra per mažos bakterijoms. Tačiau užpylęs filtruotų sulčių ant sveiko tabako lapo, D. Ivanovskis nustebo: netrukus lapą padengė mozaikinei ligai būdingos dėmelės. Jis pats vargiai tikėjo savo duomenimis, kuriuos paskelbė 1892 m. Botanikas padarė išvadą, kad ligą sukėlė pro filtro akutes tilpęs toksinas arba kažkokiu kitu būdu į perkoštą skystį patekusi bakterija.
Olandų mikrobiologas M. Beijerinckas atliko beveik identiškus eksperimentus, tik priėjo prie kiek kitokios išvados. Patologijos pradininkas naudojo ne tik neglazūruoto porceliano filtravimo sistemą, bet ir filtrus, pagamintus iš dumblių drebučių (agaro), kad užtikrintų, jog po pirmojo filtravimo lapų sultyse neliktų jokių mikroorganizmų. Bakterijos prilipo prie drebučių, tačiau už mozaikinę ligą atsakingas paslaptingasis patogenas juos įveikė.
M. Beijerinckas taip pat pateikė įrodymų, kad ligos sukėlėjo dauginimuisi reikalingi augantys lapai. Dar kartą perfiltravęs patogeną iš infekuoto lapo sulčių ir juo užkrėtęs sveiką augalą, mokslininkas pademonstravo, jog užkratas gali plisti nė kiek neprarasdamas potencialo sukelti ligą. Botanikas įrodė, kad lapuose patogeno kiekis didėja, bet pastebėjo keistą faktą: be lapų jis negali daugintis.
1898 m. paskelbęs savo atradimus, M. Beijerinckas infekcinį filtratą pavadino contagium vivum fluidum – užkrečiantis gyvas skystis.
Trumpesniam naujojo patogeno pavadinimui jis pasiskolino lotynų kalbos žodį „virus“, reiškiantį „skysti nuodai“.
„Nemanau, kad D. Ivanovskis iš tikrųjų suprato savo rezultatus, – teigė K. B. Scholthof. – M. Beijerinckas atliko eksperimentus ir tikėjo tuo, ką matė... Jis pirmasis pavartojo žodį „virusas“ taip, kaip mes jį vartojame šiandien. Manyčiau, kad olandą galima laikyti virusologijos tėvu.“
Drąsi hipotezė
Nors M. Beijerinckas klaidingai manė, kad virusai yra skysčiai (iš tikrųjų jie yra dalelės), jo rezultatai buvo gana tikslūs. Deja, mokslininko idėja neprigijo. Pasiūlyta hipotezė, jog egzistuoja patogenų be ląstelių, prieštaravo ankstyvajai mikrobų teorijai ir buvo labai radikali tam laikmečiui.
D. Ivanovskis toliau ieškojo mozaikinę tabako ligą sukeliančios bakterijos ir tvirtino, „kad ši problema bus išspręsta be tokios drąsios hipotezės“, kokią pateikė M. Beijerinckas. Tuo tarpu kiti mokslininkai analizavo turimus įrodymus. 1898-aisiais, tais pačiais metais, kai buvo paskelbtas M. Beijerincko darbas, galvijų nagų ir snukio liga tapo pirmąja gyvūnų liga, susieta su filtruojamuoju sukėlėju, t. y. pakankamai mažu mikrobu, pralendančiu pro porcelianinio filtro akutes. 1901 m. geltonąją karštligę Kuboje tyrinėję Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkai padarė išvadą, jog moskitų platinamą ligą taip pat sukelia patogenas, kuris yra pakankamai mažas, kad tilptų pro filtro akutes.
Tuo metu šie mokslininkai nesusiprotėjo, kad jų nustatyti patogenai irgi yra virusai, kaip M. Beijerincko atveju. Vadovaujantis vyraujančia teorija, tai buvo bakterijos, pralendančios pro filtro akutes. Ankstyvose nematomų užkrato šaltinių apžvalgose itin mažos bakterijos kartais būdavo priskiriamos M. Beijerincko virusams.
„Iš pradžių buvo daug painiavos, nes virusų niekas negalėjo pamatyti“, – aiškino K. B. Scholthof. Atsakymų į klausimus, ar šie mažyčiai mikrobai yra bakterijos, bakterijų išskiriamos molekulės, ar kažkas kito, buvo tebeieškoma ir XX a. trečiajame dešimtmetyje. „Ko gero, kai kurie žmonės pasakytų, kad atsakymai į minėtuosius klausimus buvo rasti tik pamačius virusus elektroniniu mikroskopu“, – pasakojo augalų virusologė.
Pavyzdinis virusas
1929 m. biologas Francis Holmesas panaudojo mozaikos virusą, kad sukurtų metodą, įrodantį, jog virusai yra atskiros dalelės, įsimaišiusios filtruotose tabako lapų sultyse ir pasižyminčios stipresniu poveikiu esant didesnei jų koncentracijai. 1935 m. chemikas Wendellis M. Stanley sukūrė kristalizuotą viruso pavyzdį, kurį buvo galima vizualizuoti rentgeno spinduliais. 1946 m. už šį darbą jis gavo Nobelio premiją. (Aiškiausią rentgeno spindulių difrakcijos sukurtą mozaikos viruso atvaizdą 1955 m. pateikė Rosalinda Franklin, prisidėjusi ir prie dvigubos DNR spiralės atradimo.) Pirmosios aiškios mozaikos viruso nuotraukos pasirodė 1941 m., kai buvo išrasti galingi elektronų transmisijos mikroskopai, padėję pamatyti šį lazdelės formos patogeną.
Tai buvo tikras persilaužimas virusologijos srityje, nes vaizdiniai įrodymai išsklaidė menkiausias abejones dėl virusų egzistavimo.
Nuotraukos parodė, kad virusai yra nesudėtingi dariniai – genetinė medžiaga tvirtame baltymų molekulių apvalkale. Nieko panašaus į ląstelines bakterijas. Gaila, bet M. Beijerinckas nesulaukė savo šlovės valandos – botanikas mirė 1931 m.
„Iš dalies mums pasisekė, kad tai buvo tabako augalų liga, – aiškino K. B. Scholthof. – Žmonės susidūrė su ekonomine problema. Be to, šis virusas nėra labai įmantrus – koduoja tik penkis genus, todėl buvo gana lengva jį analizuoti ir ieškoti kovos priemonių.“
Kadangi šis virusas tiek ilgai buvo tyrinėjamas, sukaupta informacija pravertė kuriant pagrindines virusologijos idėjas. Net ir šiandien jis išlieka naudinga priemone augalų virusologijos srityje.
A. Mayeris, D. Ivanovskis ir M. Beijerinckas nesustabdė mozaikos viruso plitimo – Nyderlanduose tabako gamyba kuriam laikui visiškai sustojo, tačiau jų novatoriškas darbas atvėrė duris naujoms studijoms, kurių metu buvo aptikta įvairiausių virusų ir prisitaikymo išgyventi mechanizmų.
Mozaikos virusas yra lazdelės formos, sudarytas tik iš genų ir baltymų. Kiti virusai, tokie kaip COVID-19 sukeliantis naujasis koronavirusas, yra apvalūs, padengti riebalų sluoksniu, todėl juos labai veiksmingai pašalina muilas, kai plaunatės rankas. Geresnis supratimas, kaip virusai plinta, leido išnaikinti raupus ir sukurti keletą gyvybes gelbėjančių vakcinų.
„Nemažai reikšmingų atradimų buvo padaryta tik praėjusiame amžiuje, tačiau viskas vyko taip greitai ir dramatiškai, kad net sunku įsivaizduoti, kaip pasaulis atrodė anksčiau, – tvirtino K. B. Scholthof. – Šiandien yra dėl ko nerimauti ir negalima naujojo koronaviruso grėsmės nuleisti juokais. Bet aš dažniausiai stengiuosi domėtis mokslininkų darbu, kad ir kokia problema bebūtų.“
