Хотя изучено множество различных фагов, причем исследованы их химический состав, морфология и генетическая структура, мы ограничимся рассмотрением четных фагов группы Т (в частности фага Т2), поскольку именно они чаще всего служат объектами вирусологических исследований и поэтому изучены лучше других.
Эти фаги, заражающие и убивающие бактериальные клетки Е. coli В, можно разделить на две главные группы на основе наличия или отсутствия у них способности заражать некоторые типы E. coli В. Так, на культурах Е. coli В6 могут расти фаги Т2 и Т4, на культурах Е. coli В4 — фаги Т2 и Т6, но не Т4, и т. д. Кроме того, эти фаги различаются по морфологии пятен, по срокам появления этих пятен на агаре при стандартных условиях и по специфическим серологическим особенностям.
Вирусные частицы можно увидеть при помощи электронного микроскопа. Морфология фага Т2, более или менее типичная для всех фагов группы Т. Частицы состоят из округлой шестигранной головки и отростка. Кончик отростка несколько расширен и образует вздутие. О форме его можно судить на основании очертаний некоторых теней на электронных микрофотографиях. Интактные частицы фага содержат примерно 60% белка и 40% ДНК, а также следы липидов. Нуклеиновые кислоты представлены исключительно ДНК, которая, как отмечалось выше, содержит необычный пиримидин — 5-оксиметилцитозин, частично связанный с глюкозой глюкозидной связью. В течение некоторого времени считали, что в нуклеопротеиде ДНК и белок прочно связаны. Однако можно показать, что в действительности ДНК физически заключена в белковую оболочку, так называемую «тень» бактериофага, причем соответствующей обработкой ее можно извлечь из частицы; такие препараты ДНК перевариваются дезоксирибонуклеазой. Видно множество «теней», полученных из вирусных частиц под действием «осмотического шока», т. е. быстрого перенесения в дистиллированную воду после предварительного содержания в концентрированном растворе соли. Можно получить «тени», фактически лишенные полинуклеотидов, если их как следует промыть. Возможность отделить ДНК от белка демонстрируется в опытах, в которых фаги метят одновременно Р32 и S35: Р32 обнаруживается только в ДНК, освобожденной после осмотического шока, a S35 — только в материале «тени».
Херши и Чейз использовали такие дважды меченные фаги для изучения судьбы отдельных компонентов фагов при заражении и разрыве бактериальных клеток. Эти исследователи заражали клетки Е. coli мечеными частицами, а вскоре после этого энергично встряхивали смесь в гомогенизаторе Уоринга. При этом ДНК, меченную Р32, можно было обнаружить исключительно внутри зараженных бактериальных клеток, тогда как большая часть белка оказывалась удалена. Небольшое количество белка, меченного S35, остающееся связанным с бактериальными клетками после процесса встряхивания, не участвовало в образовании дочерних частиц фага, которые появлялись, если зараженные клетки инкубировали и доводили их до спонтанного лизиса. Поскольку зараженные клетки, подвергавшиеся встряхиванию в гомогенизаторе, давали нормальные дочерние частицы фага, можно сделать вывод, что одна ДНК способна направлять синтез новых частиц, генотипически идентичных
родительским, и что белковая оболочка, облекающая ДНК, не участвует в передаче генетической информации. Однако, хотя белковая часть фага лишена генетической роли, она (помимо образования оболочки вокруг ДНК) ответственна за ряд этапов заражения бактериальной клетки фагом. Тени способны прикрепляться лишь к восприимчивым бактериальным клеткам или их оболочкам, т. е. они обладают такой же специфичностью по отношению к клетке-хозяину, как и интактный вирус. Клетки, которые были «заражены» «тенями», впоследствии погибают и подвергаются лизису, хотя никакого потомства частица фага не дает. Тени обладают также таинственной способностью тормозить синтез РНК и белка в клетке бактерии-хозяина.
Далее было обнаружено, что вскоре после заражения, под действием фермента, имеющегося как у интактного вируса, так и у «тени», из веществ, участвующих в построении стенки бактериальной клетки, образуются низкомолекулярные продукты. Получающееся вещество было идентифицировано как производное мукопептида, обладающее интересным строением. Хотя и в настоящее время природа субстрата, подвергающегося действию фермента (лизоцима) точно не выяснена, однако ряд наблюдений говорит о том, что функция лизоцима состоит в воздействии на мукополисахариды или мукопротеиды. Например, он разлагает хитин, представляющий собой длинные цепи поли-N-ацетилглюкозамина, но не действует на это вещество после деацетилирования. Химическая природа фрагментов, отщепленных от клеточной стенки, достаточно сходна с хитином, и можно было сделать заключение, что фаговый фермент, ответственный за проникновение фага в бактерию, действительно относится к лизоцимам. Дрейер и Кох сравнивали действие кристаллического лизоцима, выделенного из белка куриного яйца и из теней фагов, на стенку бактериальных клеток и обнаружили, что оба эти каталитических агента приводят к появлению весьма сходных продуктов расщепления. Кроме того, ферментативная активность «теней» в процессе очистки при помощи специфического адсорбирующего вещества бентонита, распределяется так же, как и у фермента яичного белка; эти ферменты можно исследовать хроматографически на ионообменной смоле ХЕ-64, причем при элюировании получаются сходные картины. Химическое сравнение этих двух лизоцимов еще не произведено, и поэтому мы не можем категорически утверждать, что вирусный фермент имеет такое же строение, как и фермент яичного белка. Однако сходные хроматографические свойства и сходные размеры молекулы (фермент фага был способен медленно проходить через целлофановые пленки при диализе) делают сходство между ними весьма вероятным, и доскональное изучение этих данных может привести к очень интересным результатам. В связи с «возрастом» генов и эволюционным процессом было бы очень важно выяснить, является ли фермент, предназначенный для переваривания материала клеточной стенки, существенным компонентом даже такой «полуживой» биологической системы, как колифаги.