Доктор биологических наук Ю. ВЛАСОВ, заведующий лабораторией вирусологии Всесоюзного института защиты растений.
Сражение с вирусными инфекциями ведут v не только специалисты в области медицины, и ветеринарии. Такая же битва идет, и у вирусологов-растениеводов. Известно не менее 500 вирусных болезней, от которых страдают растения. Причем каждый вирус ведет себя по-разному. И если в одних случаях его «поведение» разгадано, то в других - возбудитель все еще остается «неподдающимся»
Ученые в наше время располагают довольно большим арсеналом средств в борьбе с вирусами, поражающими сельскохозяйственные культуры. Это, и обеззараживание семян, и дезинфекция почвы, и использование устойчивых сортов, и уничтожение переносчиков вирусов, и многие другие приемы. В нашей стране, в частности, получены хорошие результаты в борьбе с вирусными болезнями табака, хлопчатника, пшеницы. Однако постоянное изыскание новых средств защиты растений от вирусных эпидемий (или, как говорят в растениеводстве, эпифитотий) все еще остается злободневной задачей ученых.
Одним из таких новых средств, а вернее, направлений является вакцинация растений ослабленными формами вирусов. В медицине вакцинацию применяют, как известно, давно, еще со времен Пастера. Однако механизмы защитных реакций, возникающих в ответ на вакцинацию, у человека, и растения существенно различаются, и в растениеводстве это направление до недавнего времени почти не разрабатывалось.
Перед тем, как рассмотреть, что же происходит с растением после вакцинации его ослабленными формами вирусов, попытаемся выяснить, в, каких случаях вообще нужно применять этот прием. В какой мере необходим он на практике?
Вакцинация необходима в тех случаях, когда другие меры борьбы с вирусами не дают эффекта. Очень трудно, например, ликвидировать вирусные болезни томатов, и огурцов, выращиваемых в теплицах. Вирусы, поражающие томаты, и огурцы, в теплицах распространяются контактным путем, то есть самими людьми, ухаживающими за растениями - через загрязненные инфекционным соком руки, инструменты, и т. д.
Особенно быстро разносится инфекция во время так называемого пасынкования томатов - удаления части побегов (кстати, в открытом грунте в отличие от теплиц томаты обычно не пасынкуют). Перед нами парадокс чем тщательнее рабочие в условиях тепличной культуры ухаживают за растениями, тем большее число растений заболевает. И действительно, в хозяйствах защищенного грунта ко второй половине или к концу вегетации количество пораженных растений достигает обычно 100%- Профилактические же меры, которые предупреждают распространение болезни, и которые, как казалось бы, именно в условиях теплиц могли бы быть наиболее эффективными, на деле, к сожалению, не имеют успеха мешает высокая инфекционность контактных вирусов.
Вот в таких условиях необходим метод вакцинирования растений ослабленными формами вирусов.
По определению известного вирусолога С. Лурия, «целью вакцинации является индукция иммунитета к соответствующему заболеванию»
Эффект вакцинации в медицине, и ветеринарии обычно связан с тем, что в ответ на введение ослабленного вируса в тканях организма человека, и животных образуются так называемые антитела. Как правило, они сохраняются в организме довольно долго, всякий раз нейтрализуя агрессора. В иммунологии вирусы называют антигенами. Таким образом, механизм иммунитета, создаваемого вакцинацией ослабленным вирусом, в значительной мере связан с реакцией антиген - антитело.
Образование антител служит фактором защиты организма от чужеродных (в том числе вирусных) белков. В настоящее время известно, что живые организмы вырабатывают средство защиты, и от чужеродной (в том числе вирусной) нуклеиновой кислоты. Это защитное вещество получило название «интерферон»
Однако далеко еще не во всех случаях ясно, какие факторы иммунитета индуцируются, то есть вызываются вакцинацией. Вероятно, многое здесь зависит, и от вида вируса, и от вида организма-хозяина. Примером тому служат особенности взаимоотношений вирусов с растениями.
Еще никем из исследователей достоверно не доказана способность растений в ответ на введение вируса вырабатывать антитела. Теоретической основой вакцинации в растениеводстве является феномен интерференции вирусов. Он заключается в том, что вирус, введенный в растение, предохраняет его от заражения близкородственными формами - штаммами - вирусов (иногда это явление называют также перекрестной защитой).
Эффект интерференции наблюдается, и в том случае, когда в растение вводят не обычный, «агрессивный» вирус, а ослабленную его ферму.
Исследования показали, что концентрация ослабленного вируса в вакцинированных растениях довольно высокая. Создается впечатление, что именно своим интенсивным размножением ослабленный вирус препятствует размножению высоковирулентного штамма. Но проявляет ли в этом процессе, какую-нибудь активность само растение?
Если принять точку зрения, что растения Неспособны вырабатывать антитела, то, может быть, введение ослабленного вируса провоцирует усиленную продукцию интерферона, который, в свою очередь, будет препятствовать размножению агрессивного вируса, вводимого позже? (В этих рассуждениях есть определенная логика, тем более, что, и сам-то интерферон был открыт в результате изучения феномена интерференции вирусов.) Известно, что у интерферона отсутствует вирусная специфичность, иначе говоря, появившись в растении, он будет защищать его от самых разных вирусов.
Вот опыты, которые были поставлены в нашей лаборатории. Вакцинированные ослабленной формой вируса табачной мозаики томаты заражались Х-вирусом картофеля, который в сочетании с вирусом табачной мозаики в обычных условиях вызывает бурное заболевание томатов, известное под названием «двойной стрик». Если бы вакцинированные томаты усиленно вырабатывали интерферон, то симптомы двойного стрика не должны были бы развиться. На деле же мы отметили лишь некоторое их ослабление по сравнению с контрольными растениями.
Это говорит о том, что эффект защитной вакцинации растений вызван прежде всего интенсивным размножением ослабленного вируса и, возможно, лишь в некоторой мере - продуцированием растениями интерферона.
При обсуждении вакцинации растений вопрос следует за вопросом. Если эффект вакцинации достигается за счет интенсивного размножения ослабленного вируса, то почему же с ним не может «уживаться» обычный вирус? Обычно говорят, что ослабленный вирус, первым введенный в растение, успевает занять «позиции» до того, как растение будет заражено агрессивным штаммом. Но, что подразумевается под словом «позиция»? Это вопрос, на который мы еще не можем дать определенного ответа.
В науке так бывает нередко, когда метод, его применение рождаются раньше, чем теоретические обоснования действия его механизмов. Проблема защитной вакцинации растений активно разрабатывается Японскими исследователями N. Oshima, S. Komochi и Т. Goto. При работе с вирусом табачной мозаики японские ученые получают ослабленные формы этого вируса экспериментально, применяя известную в литературе методику Холмса. Она заключается в следующем стебли больных томатов помещаются в термостат, и выдерживаются 15 дней при температуре 34,5°. После такой обработки вирус табачной мозаики становился менее агрессивным.
В нашей лаборатории данная проблема разрабатывается с несколько иных методических позиций. Мы также получаем экспериментальные штаммы, но, и проводим поиск ослабленных штаммов этого вируса (вируса табачной мозаики) в естественных условиях. Иначе говоря, получаем от природы фактически готовую вакцину. Такие поиски сопряжены, конечно, с большой работой, поскольку ослабленные штаммы вируса встречаются «не на каждом шагу». Однако результат поисков оправдывает затраченные усилия такая вакцина более действенна.
Как ведется поиск? Анализируются внешне здоровые растения томатов, выращиваемые в производственных условиях. Если в таких на вид здоровых растениях обнаруживается вирус табачной мозаики, то есть основания предполагать, что томаты заражены ослабленной формой этого вируса (правда, чаще выясняется другое просто растение недавно заразилось агрессивной формой вируса, и симптомы болезни еще не успели развиться). Таким путем нам удалось выявить природные ослабленные формы вируса табачной мозаики, один из которых, условно названный S7, оказался особенно перспективным для целей вакцинации. Опыты показали, что вакцинированные томаты полностью защищены от наиболее агрессивных форм вируса табачной мозаики. Защитный «барьер» появляется через несколько суток после вакцинации. Ранняя вакцинация томатов может практически полностью предотвратить появление симптомов болезни на плодах.
Привлекая внимание читателей к этому направлению защиты растений, которое можно назвать «Вирус против вируса», - хотелось бы обратить внимание еще на некоторые стороны проблемы.
Часто спрашивают почему работы по вакцинации в растениеводстве начались недавно, и проводятся пока лишь в некоторых странах, в то время, как эффект интерференции вирусов (хотя, и не объясненный до конца) известен уже много лет? Нам представляется, что в данном случае длительное время существовал определенный «психологический барьер» на пути к применению вакцинации в растительной вирусологии. Вызывал опасения сам факт намеренного введения в растения вируса хотя бы, и ослабленного. Однако в настоящее время ясно, что для тех условий, когда распространение инфекции неизбежно (причем с проявлением резких симптомов болезни), именно вакцинация может стать хорошим способом защиты от агрессивных форм вируса.
Теперь немного о технической стороне дела. Техника вакцинации не сложна, например, для рассады томатов, выращиваемой, как правило, в парниках или рассадных ящиках, - ее просто опрыскивают. Вместе с тем вакцинация технически малоприменима для полевых культур, когда речь идет о больших открытых массивах, здесь данный прием имеет свои ограничения. Но об этом в принципе говорить еще рано, вакцинация должна пройти практическую проверку прежде всею в хозяйствах защищенного грунта.
