Найти что-то бесконечно маленькое никогда не бывает легко. Но гораздо сложнее, когда искатель не знает, что искать. В начале 1920-х годов фермеры в Нью-Джерси заметили, что их картофель высыхает, а его листья деформируются. Растения заболели болезнью, которая стала известна как веретеновидность клубней картофеля. Но потребовалось почти пять десятилетий, чтобы кто-то нашёл причину.
В 1971 году Теодор О. Динер, фитопатолог из Министерства сельского хозяйства, обнаружил, что виновником является невообразимо крошечный патоген — в 180 раз меньше вируса. Доктор Динер назвал его вироидом. Рассказываем историю учёного, который смог найти невидимое.
История жизни Теодора Динера
Теодор Отто Динер родился 28 февраля 1921 года в Цюрихе и был единственным ребёнком Теодора и Хедвиг Динеров. Его отец был почтовым работником, а мать бухгалтером.
В детстве он увлекался животными и держал колонию мышей, черепаху и канарейку, к большому дискомфорту своих родителей. Его отец не оценил всепоглощающего интереса сына к «маленьким живым существам», он «часто недоверчиво качал головой, когда я с энтузиазмом рассказывал — описывал признаки какого-нибудь крошечного насекомого, червя или грибка», — писал доктор Динер в своей автобиографии «О людях, гуманоидах и вироидах», изданной в 2014 году.
Во время Второй мировой войны Теодор Динер обслуживал самолёты ВВС Швейцарии, а в 1948 году защитил докторскую диссертацию по биологии в Швейцарском федеральном технологическом институте.
Позднее, в 1949 году, он эмигрировал в Соединённые Штаты, а после недолгого пребывания в Нью-Йорке переехал в Спокан, штат Вашингтон, для работы в Вашингтонском государственном колледже (ныне Вашингтонский государственный университет). Примерно через 10 лет он перебрался в Мэриленд для работы в Федеральной службе сельскохозяйственных исследований. Именно там и начались его поиски причины болезни картофеля.
Поиски неизвестного
Теодор Динер, работая в Федеральной службе сельскохозяйственных исследований, начал изучать веретенообразную болезнь клубней — болезнь, из-за которой картофель становится тощим и деформированным. Доктор Динер много лет работал над поиском виновника, в результате чего был обнаружен мельчайший из известных инфекционных агентов, который он назвал вироидом.
Веретенообразная болезнь клубней, впервые выявленная в 1920-х годах, иногда вызывает катастрофические последствия для посевов. Исследования показывают, что болезнь может снизить урожайность картофеля на 64%, и только строгий карантин, а в некоторых случаях и уничтожение целых культур, могут сдержать эту очень заразную болезнь. Но даже спустя десятилетия после того, как болезнь была выявлена, учёные всё ещё не были уверены, что её вызвало.
Доктор Динер и его коллеги, например, Уильям Б. Реймер из исследовательской службы Министерства сельского хозяйства, потратили большую часть 1960-х годов, пытаясь решить эту загадку. Они изучили патоген на растениях томатов, которые, как они обнаружили, имели гораздо более короткий инкубационный период веретеновидности клубней, чем картофель, и использовали передовые методы, чтобы выяснить, что этот инфекционный агент не содержит белков и что РНК, или рибонуклеиновая кислота, имеет решающее значение для него.
Доктор Реймер ушёл из исследовательской службы в 1966 году, перейдя на работу в частную промышленную компанию, а доктор Динер провёл следующие пять лет за упорной работой над вироидами. Он изолировал и описывал вироиды, проверял свои эксперименты и заполнял пробелы, «готовясь встретить скептицизм, который обычно сопровождает предложения новых, «невозможных» концепций», — говорится в статье «Отслеживание неуловимого вируса», опубликованной в 1989 году в журнале «Сельскохозяйственные исследования».
В то время учёные думали, что вироиды, размером в одну восьмидесятую многих вирусов, слишком крошечные, чтобы вызвать инфекцию. Как и вирусы, вироиды размножаются, вторгаясь в здоровые клетки и перепрограммируя их, чтобы заставить дублировать генетический состав вироида вместо собственного клеточного.
Но вирусы, которые могут состоять из ДНК или РНК, имеют защитную оболочку из белков и кодируют белки после проникновения в клетки. Вироиды, напротив, состоят только из РНК, не имеют белковой оболочки и не кодируют белки. «Способ, которым он вызывает болезнь, принципиально отличается от всех других вирусов», — сказал доктор Динер на международной встрече вирусологов в 1972 году.
После идентификации вироида, вызывающего веретеновидность клубней, Динер помог разработать тест для его обнаружения. За эту работу он получил Национальную медаль науки от президента Рональда Рейгана на церемонии в Розовом саду Белого дома в 1987 году.
С момента революционного открытия доктора Динера учёные выявили почти три десятка видов вироидов, поражающих сельскохозяйственные культуры от помидоров до кокосов, а также такие цветы, как георгины и хризантемы. Во многих случаях единственный способ остановить вспышку — уничтожить все заражённые растения. В наши дни многие страны требуют, чтобы растения перед импортом были сертифицированы на отсутствие вироидов.
Вироиды, возможно, старейшие жители планеты
Но вироиды могут быть чем-то большим, чем сельскохозяйственные вредители. Новое исследование предполагает, что они существовали на самых ранних стадиях жизни на Земле, сохраняясь в своём примитивном состоянии миллиарды лет. Это «птеродактили» микробного мира, которые миллионы лет были с нами, просто мы этого не осознавали.
Сегодня большинство живых существ состоят из трёх основных компонентов: белки, которые придают телу структуру и осуществляют химические реакции, ДНК, которая кодирует гены, и РНК, играющая важную роль в кодировании и выражении генов.
Многие учёные утверждали, что до того, как возникла белковая форма жизни, жизнь была основана исключительно на РНК. РНК может хранить генетическую информацию, но учёные обнаружили, что некоторые молекулы РНК также участвуют в химических реакциях. Другими словами, эта единственная молекула могла бы справиться со всеми основными задачами, необходимыми для жизни. Только позже появились ДНК и белки.
Сначала сторонники так называемой «теории мира РНК» предполагали, что жизнь, основанная на РНК, давно вымерла, будучи вынужденной исчезнуть с появлением более совершенной жизни, основанной на ДНК. Но открытие доктора Динера показывает, что эта примитивная форма жизни и сегодня делит с нами планету.
Доктор Дэвид А. Релман, микробиолог из Стэнфордского университета, написал о докторе Динере: «Его открытие вироидов и их роли в болезнях растений помогло выявить роль молекул РНК в основных биологических процессах и, возможно, в происхождении самой жизни».