Обнаружение вирусов бактерий (бактериофагов)
Вирусы бактерий (бактериофаги) были обнаружены как «литические агенты». Бактериология началась с визуализации объектов-бактерий. В противоположность этому, вирусы, уже будучи объектом изучения, оставались невидимыми до конца 30-х гг. 20 в., когда в электронном микроскопе исследователи увидели вирус табачной мозаики и бактериофаги. Начальные представления о вирусах разработали Ф. Лефлер, П. Фрош и М. Бейеринк; на современном уровне исследования бактериофагов были начаты Максом Дельбрюком (1906-1981).
Первые работы по изучению вирусов бактерий описывали «стекловидное преобразование» колоний микрококков (Wort, 1915) и «невидимый микробный антагонист дизентерийных бацилл» (d’Herelle, 1917). Д’Эрелль продолжал далее изучение вирусов (1919-1926). Исследуя пустые пятна (бляшки) в местах размножения вирусов на газонах бактерий, он пришел к выводу, что бактериофаги («пожиратели бактерий) представляют собой частицы, специфичные для каждого вида бактерий.
Дальнейшие успехи (1929-1936) были достигнуты Ф. Бернетом (1899-1985), который описал фазы прикрепления, размножения и высвобождения фагов из клеток (лизис). Макс Шлёзингер впервые определил физические параметры фагов; при помощи темнопольной микроскопии он наблюдал разрыв бактериальных клеток и выход фагов (1932-1934).
Лизогения была открыта одновременно Ж. Борде, M. Сьюка и Э. Гильдемейстером в 1921 г. Ключевой вопрос состоял в том, служит ли каждая клетка лизогенного штамма бактерий носителем генетической информации для образования фагов, и ответ на него дал Бернет, работавший с лизогенным штаммом Salmonella (1929).
Изучая лизогенный штамм Bacillus megatefium (1931), Доорен де Йонг пришел к заключению, что фаг находится в лизогенной бактерии в латентном состоянии (состоянии профага). Эксперименты де Йонга были продолжены Эженом Вольманом и Элизабет Вольман (1936) и после 1945 г. - Андре Львовым (1902-1994) и его последователями, среди которых были Моно и Жакоб.
В 1950 г. модельной бактерией для изучения лизогении стала Е. coli. Вскоре Эстер Ледерберг открыла (1951), что штамм Е. coli K-12, который использовали для первых экспериментов по коньюгации (1946) Джошуа Ледерберг и Эдуард Татум (1909-1975), является лизогенным и несет умеренный фаг, получивший название «лямбда». Большинство лабораторных штаммов Е. coli K-12 в настоящее время являются нелизогенными («излеченными») производными оригинального штамма. Однако такие варианты К- 12 остаются подверженными лизису под действием фага лямбда. Подобный штамм служил объектом при изучении зиготной индукции, интеграции фага лямбда в хромосому хозяина, литического и лизогенного циклов его развития, а также эписом, проведенном Франсуа Жакобом и Эли Вольманом. Благодаря изучению лизогении было открыто существование репрессоров/операторов и оперонов у бактерий, а также онкогенных вирусов.
Использование Е. coli K-12 с ее фагами лямбда и Р1 послужило основой успеха в изучении феномена контролируемых клеткой-хозяином модификации и рестрикции бактериофагов, описанных ранее Л. Бертани и Ю. Вайгле (1953). Вернер Арбер с сотрудниками в своих исследованиях (1959-1968) открыли сайт-специфическое пострепликативное метилирование (модификацию) фаговой ДНК в клетке-хозяине и функцию эндодезоксинуклеазы, участвующей в рестрикции ДНК. Возможность использования специфически разрезающих (рестрицирующих) ДНК эндонуклеаз для создания нового метода молекулярной генетики была высказана Арбером в 1969 г.
Новые внехромосомные элементы ДНК - плазмиды - были открыты при изучении распространения устойчивости к антибиотикам среди различных бактерий. В Японии штаммы Shigella flexneri, устойчивые к нескольким антибиотикам, были известны с 1952 г. В 1961 г. Т. Ватанабе (1923-1972) и Т. Фукасава сообщили о присутствии в них плазмид, несущих факторы устойчивости и факторы переноса. Термин плазмида был введен Дж. Ледербергом еще в 1952 г., и особым классом плазмид были признаны фаги. Обнаружить плазмиды удалось, по наличию при центрифугировании плазмидных полос («сателлитной ДНК»), а также с помощью электрофореза в агарозном геле. Впоследствии были выявлены различные плазмиды, обеспечивающие метаболические и вирулентные свойства, а также устойчивость к антибиотикам. Это показало, что внехромосомные элементы ДНК выполняют у микробов важнейшую роль. Вскоре помимо плазмид стали известны мобильные элементы ДНК инсерционные последовательности (IS) и транспозоны, первоначально обнаруженные Барбарой Макклинток (1902-1992) как «мобильные генетические элементы» у кукурузы (1937-1942).
