Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920)

Дмитрий Иософович Ивановский

После исследований Луи Пастера было окончательно установлено, что заразные болезни вызываются мельчайшими живыми организмами - микробами или бактериями, которые проникают в тело человека или животных. Почти одновременно Роберт Кох разработал основные методы исследования бактерий, положив вместе с Пастером начало науки о микробах - микробиологии. После работ Пастера и Коха буквально посыпались открытия микробов - возбудителей различных болезней. Но ни самому Пастеру, ни Коху, ни блестящей плеяде их учеников, сколько они ни бились, не удавалось открыть возбудителя некоторых болезней, как, например, оспы, бешенства, кори и других. Теперь нам понятна причина этих неудач. Дело в том, что возбудители этих болезней настолько малы, что при обычных методах исследования их нельзя видеть в самый сильный микроскоп. Они настолько малы, что проходят через самые мелкие поры фильтров, которые применяются в микробиологии для отделения бактерий от жидкости, в которой они находятся. За это свойство вся эта группа возбудителей болезни получила название фильтрующихся вирусов.

Честь открытия фильтрующихся вирусов принадлежит Д. И. Ивановскому. В 1942 г., в условиях Отечественной войны, советская наука отмечала знаменательную дату - пятидесятилетие основания учения о фильтрующихся вирусах, родиной которого Д. И. Ивановский сделал Россию. Д. И. Ивановский не был врачом - он был физиологом растений, т. е. изучал жизнедеятельность растительного организма.

Дмитрий Иосифович Ивановский родился в 1864 г. Вскоре после завершения своего высшего образования (в 1887 г.) он вместе с ботаником Половцевым по предложению Департамента земледелия отправился в Бессарабию и на Украину изучать болезни табака, которые начали распространяться на табачных плантациях юга России, причиняя большой убыток. В следующие годы Д. И. Ивановский уже один продолжал исследование болезней табака сначала в лаборатории проф. Фаминцына в Петербургском университете, затем в Крыму на табачных плантациях Никитского ботанического сада и, наконец, в Петербурге - в Ботанической лаборатории Академии наук. Результаты своих пятилетних исследований он опубликовал в нескольких русских и немецком журналах.

Уже в первый год своих исследований Д. И. Ивановский установил, что табак поражён двумя болезнями совершенно различной природы, которые даже видные ботаники того времени смешивали. Одна из них вызывается мельчайшим паразитическим грибком, и её распространение связано с климатическими условиями. Эту болезнь, не представлявшую для него загадки, Д. И. Ивановский назвал "рябухой". За другой, появляющейся иногда на той же самой плантации и уже давно известной табаковедам Голландии, он сохранил название "мозаичной болезни". Такое название эта болезнь получила потому, что у больного растения некоторые участки листа теряют зелёное красящее вещество - хлорофилл, а другие, наоборот, накапливают его более энергично, вследствие чего лист становится пятнистым.

Уже в конце XVII в. было известно, что эта болезнь передаётся при пересадке частей с больного растения на здоровое, т. е. является заразной. Но самая природа заразного начала оставалась совершенно неизвестной. Д. И. Ивановский занялся поисками возбудителя этой болезни. В процессе работы он профильтровал сок больного растения через фарфоровый фильтр - так называемую свечу Шамберлена. Свеча Шамберлена, названная так по фамилии микробиолога, ученика Пастера, который ввёл её в употребление для отделения микробных тел от жидкости, представляет собою полый цилиндрик из пористой глины, закрытый с одного и открытый с другого конца; по внешнему виду он действительно несколько напоминает стеариновую свечку. Его вставляют в горлышко стеклянной колбы, пропустив через пробку, плотно пригнанную к горлышку колбы. Через верхний открытый конец свечи наливают жидкость, содержащую бактерии. При откачке из колбы воздуха жидкость проходит через стенки свечи и стекает в колбу отфильтрованной. Бактерии же не могут пройти через мелкие поры и остаются на фильтре. До исследования Д. И. Ивановским считалось, что отфильтрованная жидкость уже не содержит бактерий и, следовательно, не является заразной.

Однако когда Д. И. Ивановский применил этот метод к соку растения, больного табачной мозаикой, он обнаружил удивительный факт: "Сверх всякого ожидания, - писал Д. И. Ивановский, - оказалось, что и после фильтрования через глиняные фильтры Шамберлена способность сока передавать болезнь не уничтожалась". Тем самым впервые в мировой науке Д. И. Ивановский доказал фильтруемость заразного начала болезни.

Могли быть две возможности для объяснения этого явления, которые с чрезвычайной ясностью сформулировал сам Д. И. Ивановский. Заражение, по его мнению, могла вызвать или "сама бактерия, способная проходить через фильтр благодаря своим ничтожным размерам, или, быть может, выделяемый ею растворимый яд, способный сам по себе вызвать всю внешнюю картину заболевания". Позднее Д. И. Ивановский наблюдал, что заболевшее от фильтрованного сока растение способно передать заразу другому - здоровому, это последнее - третьему и т. д. Это значит, что заразное начало в организме растения размножается. Установлением этого и ограничился Д. И. Ивановский на первом этапе своих исследований возбудителя табачной мозаики. Он дал Департаменту земледелия ряд практических указаний по мерам борьбы с болезнями табака, указав, что истинная природа возбудителя мозаичной болезни практического значения не имеет.

14 февраля 1892 г. в Академии наук он сделал доклад "О двух болезнях табака". Эта дата и считается в мировой науке началом учения о фильтрующихся вирусах.

Выяснив практическую сторону вопроса, Д. И. Ивановский заинтересовался его теорией, - ему хотелось поймать этого невидимого микроба. Однако, вынужденный временно оставить свои исследования табачной мозаики, Д. И. Ивановский вернулся к ним только шесть лет спустя - в 1898 г.

За это время в науке о микробах накопилось много нового. Голландец Байберинк воспроизвёл явления фильтруемости заразного начала мозаичной болезни табака. Он понял, что имеет дело с новым явлением, но считал, что заразное начало табачной мозаики представляет собою некую "живую инфекционную жидкость" загадочной природы. Вскоре Леффлером и Фрошем был открыт фильтрующийся вирус ящура - болезни рогатого скота. Эти исследователи считали, что возбудитель ящура - обыкновенный микроб, только очень маленький.

Так, уже в те времена возник спор между учёными, представляющими две точки зрения на природу фильтрующихся вирусов. Что это - мельчайшее живое существо, невидимый вследствие своих малых размеров микроб, или какое-то сложное химическое вещество? Спор этот не вполне разрешён и до настоящего времени.

Д. И. Ивановский следил за мировой литературой; в свете новых данных он пересмотрел результаты своих исследований над табачной мозаикой, дополнил их новыми опытами.

"Случай свободного прохождения заразного начала через бактериальные фильтры, в то время, как оно было констатировано мною для мозаичной болезни, представлялся, - говорит Д. И. Ивановский, - совершенно исключительным в микробиологии. Через несколько лет после того совершенно такое же явление было констатировано и в патологии животного организма при исследовании ящура...".

Считая, что возбудитель мозаичной болезни является живым организмом - мельчайшим микробом, - Д. И. Ивановский хотел во что бы то ни стало увидеть его. Для этого он изучал тончайшие срезы через листья больного растения, окрашенные красками, которые применяются для окраски бактерий. В поражённых участках он увидел какие-то бесцветные кристаллы и скопления окрашенных палочек и точек. Первым он не придал значения, а вторые принял за микроб, вызывающий мозаичную болезнь. Теперь мы знаем, что в этом была его ошибка; то, что он принял за микроб, явилось, повидимому, какими-то посторонними включениями, а бесцветные кристаллы представляли собою скопления самого вируса.

Д. И. Ивановский написал диссертацию о своих исследованиях по мозаичной болезни табака "О мозаичной болезни табака" и защитил её в 1902 г. в Варшаве, получив степень доктора ботаники.

В то время Д. И. Ивановский был профессором кафедры физиологии растений в Варшавском университете, которую он занимал с 1901 по 1915 г. Затем он занимал такую же кафедру в университете в Ростове-на-Дону, где и умер в 1920 г. 56 лет.

Окончив свои замечательные исследования табачной мозаики, Д. И. Ивановский больше к этому вопросу не возвращался. Последние годы своей жизни он посвятил изучению других вопросов, сделал ряд ценных работ, изучая почвенные бактерии, написал один из лучших учебников по физиологии растений, который явился плодом его многолетней профессорской деятельности.

Но мировую известность Д. И. Ивановский приобрёл именно за свои работы по мозаичной болезни табака, положив начало новой области исследования, став "отцом учения о фильтрующихся вирусах".

Много лет после первых упомянутых здесь работ учение о фильтрующихся вирусах не развивалось, и только в последнее время, после внедрения в науку новых методов исследования, оно начало бурно развиваться и в настоящее время представляет собой отрасль науки имеющую огромный практический и теоретический интерес. В настоящее время известно, что многие заразные болезни человека и животных вызываются фильтрующимися вирусами, - таковы: оспа, ветрянка, бешенство, корь, многие виды энцефалитов, некоторые желтухи, москитная лихорадка, ящур, чума свиней и многие другие. К вирусным заболеваниям относятся и многие заболевания растений. Сотни учёных во всём мире заняты исследованием фильтрующихся вирусов. Их работам мы обязаны множеством интереснейших фактов, накопившихся за последние 10-20 лет. Но по мере накопления фактов всё больше и больше раскрывалась сложность вопроса. Так оказалось, что то самое свойство, которое позволило их открыть и за которое они получили своё название - их фильтруемость, - не является таким уж характерным. С одной стороны, за последние годы открыты фильтрующиеся формы некоторых бактерий, например туберкулёзной палочки. С другой стороны, известны заболевания, возбудители которых по всем признакам должны быть отнесены к группе фильтрующихся вирусов, но профильтровать их до сих пор не удаётся. Несмотря на это, большинство учёных всё же пользуется старым названием "фильтрующиеся вирусы". Вирусы обладают рядом свойств, которые в совокупности позволяют отграничить их от возбудителей заразных болезней бактериальной природы.

Одной из таких характерных черт является неспособность вирусов жить вне организма на искусственных питательных средах, подобно бактериям. Для того чтобы вирус размножался, необходимо наличие живых клеток. После многих неудач учёным удалось получить культуры некоторых вирусов вне организма, но в питательной жидкости должны обязательно присутствовать живые клетки - кусочки органов животных. Поражая организм человека, животного или растения, вирусы поселяются в его клетках. Другой особенностью вирусов является образование внутри клеток особых включений - так называемых х-тел. Эти тела бывают двух родов - белковые кристаллы или скопления так называемых элементарных телец. Д. И. Ивановский видел и описал белковые кристаллы в клетках табака, поражённого мозаичной болезнью. Природа х-тел до самого последнего времени оставалась совершенно неизвестной, и только теперь мы знаем, что х-тела и есть скопления самого вируса. "Невидимый" таинственный возбудитель болезней при некоторых условиях может быть виден в микроскоп. Несмотря на малость размеров вирусов, в конце концов были найдены способы их измерения и измерены многие вирусы. Для таких измерений пользуются перепонками из коллодия с порами различной, но точно известной величины. По тому, через какие поры проходит вирус, судят о его размерах. Есть и другие способы измерения. Ниже дана таблица размеров вирусов.

Из оптических свойств микроскопа вытекает, что пределом видимости является величина частицы в 200 mμ. Размеры элементарных телец некоторых вирусов приближаются к этой величине, т.е. они лежат на границе видимости. Их размер искусственно увеличивают специальной обработкой: серебрением, протравкой таннином с последующей окраской и т. д. Эти вещества, накапливаясь на поверхности элементарного тельца, делают его крупнее. Таким образом, удаётся видеть в обыкновенном микроскопе элементарные тельца.

Фотография в ультрафиолетовом свете позволяет обнаружить частицы вдвое меньших размеров, т. е. в 100-80 mμ. Этот метод был применён к исследованию вирусов, и, таким образом, действительно, удалось сфотографировать вирус коровьей оспы, оспы канареек, ящура и др.

Сильно расширило возможности изучения вирусов изобретение электронного микроскопа. В то время как для того, чтобы различить две точки при рассматривании в обыкновенный микроскоп, нужно, чтобы расстояние между ними было не менее 0,0002 мм, при работе с ультрафиолетовым светом это расстояние уменьшается вдвое, т. е. равняется 0,0001 мм, электронный микроскоп даёт возможность различать две точки, отстоящие одна от другой всего на 0,00001 мм. Современный электронный микроскоп позволяет наблюдать даже отдельные крупные молекулы.

Электронный микроскоп был применён для исследования вирусов и, в частности, вируса табачной мозаики. Благодаря этому удалось наблюдать отдельные частицы вируса табачной мозаики. Эти частицы могут соединяться в длинные нити, которые ветвятся и образуют веретёновидные кристаллы. Эти-то кристаллы и видел Д. И. Ивановский в клетках больного табака, т. е. он видел самый вирус. Позднее открытые Д. И. Ивановским кристаллы стали рассматривать как х-тела, обычно встречающиеся при вирусных заболеваниях растений.

Но только 40 лет спустя после открытия Д. И. Ивановского наука, наконец, проникла в тайну х-тел и расшифровала их природу.

В 1935 г. американцу Стенлею удалось выделить из сока больного растения 10 г. кристаллического вирусного белка. Кристаллизация является одним из самых надёжных способов очистки вещества. Однако, несмотря на то, что кристаллы, полученные Стенлеем, были химически чистым веществом, они, тем не менее, сохраняли все признаки заразного начала.

Одновременно со Стенлеем наш советский учёный Рыжков с сотрудниками нашёл иные, лучшие способы очистки вирусных белков и с совершенной несомненностью установил идентичность кристаллов Д. И. Ивановского с вирусным белком, открытым Стенлеем. Вирусный белок относится к сложным белкам, близким к белкам клеточного ядра.

После этих работ мы должны признать, что возбудители вирусных заболеваний растений являются не живым существом, не организмом, а химическим веществом - кристаллом. Однако вирусные белки обладают некоторыми особенностями. Во-первых, их молекулярный вес необычайно велик. Так, вирус табачной мозаики обладает молекулярным весом в 43 000 000. Эта цифра намного превышает молекулярный вес самых крупных белковых молекул.

Другой загадкой является способность вирусных белков к размножению в клетках поражённого организма. До сих пор мы считали, что размножение, воспроизведение себе подобных, является одной из особенностей живого. Очевидно, при размножении вирусных белков мы сталкиваемся с новым особым явлением, принципиально отличным от размножения простейших организмов. Были предложены различные объяснения этого явления, но ни одно из них нельзя в настоящее время считать доказательным.

При вирусных заболеваниях людей и животных белковые кристаллы не обнаружены. Зато у многих из них были найдены элементарные тельца, которые не встречались при вирусных болезнях растений. Элементарные тельца представляют собою очень мелкие шарообразные или палочковидные тельца, хорошо видные только при специальных методах окраски. Их размер колеблется от 100 до 250 μ, т. е., как мы уже указывали, они лежат на границе видимости. В настоящее время можно считать бесспорно решённым вопрос о том, что элементарные тельца являются самим вирусом.

Многочисленные работы, посвященные изучению элементарных телец, говорят в пользу того, что в данном случае мы имеем дело с живыми существами, с мельчайшими организмами. Но нужно сказать, что многие их свойства сближают их с вирусными белками. В настоящее время мы и те и другие относим к общей группе фильтрующихся вирусов. Область фильтрующихся возбудителей заразных болезней, которая вначале казалась однородной, как теперь выясняется, включает в себя очень различные формы. С одной стороны, сюда относятся вирусные белки с их гигантской молекулой и загадочными свойствами. Близки к ним так называемые бактериофаги. Бактериофагом называется фактор, который появляется в выделениях выздоравливающего больного, пересевается, фильтруется через бактериологические фильтры и вызывает растворение колоний микробов в культуре. Бактериофаги применяются с лечебными целями при некоторых заболеваниях человека, например при дизентерии. Одни учёные считают бактериофаг мельчайшим организмом, поражающим микробов; другие - веществом, подобным вирусным белкам. К фильтрующимся вирусам человека и животных, образующим элементарные тельца, близки риккетсии - к ним относится возбудитель сыпного тифа и других похожих заболеваний. Риккетсии не фильтруются, они крупнее вирусов, но мельче бактерий. С вирусами их сближает то, что они также не могут культивироваться на питательных средах.

Наконец, среди бактерий мы встречаемся с очень мелкими формами, которые проходят через фильтры, но культивируются на искусственных средах.

Какие отношения существуют между этими организмами? Откуда произошли вирусы? Являются ли они простейшей формой жизни? или, наоборот, продуктами упрощения, вырождения более сложных организмов?

Все эти вопросы должна разрешить наука будущего, а пока мы можем только сказать, что, продолжая изучение явления, открытого 50 лет тому назад русским ботаником Дмитрием Иосифовичем Ивановским, мы вступили в мир, где простейшие биологические единицы сталкиваются с наиболее гигантскими и сложными из известных химии молекул.

Эти вопросы, волнующие и увлекающие не только узкий круг специалистов, но и каждого мыслящего человека, показывают, какое огромное значение имело открытие Д. И. Ивановского.

Главнейшие труды Д. И. Ивановского: О двух болезнях табака, "Бюллетень Академии наук", Спб., 1892, № 2; Мозаичная болезнь табака, Варшава, 1902.

О Д. И. Ивановском: Коштоянц X. С., Дмитрий Иосифович Ивановский, "Микробиология", 1942, № 4; Рыжков Д. И. Ивановский, там же.