Ruska H. Visualization of bacteriophage lysis in the hypermicroscope. Naturwissenschaften1940; 28:45–6

After attempts to obtain high-magnification pictures of bacteria in the hypermicroscope had shown that bacterial structures of sub-light-microscopical magnification could be visualized, a precondition for the observation of bacteriophage lysis and related problems was solved.

Already a brief time after adding a lysate to a broth culture of E. coli, phages appear to be adsorbed to the bacteria membrane (Fig. 1). Very shortly after this, the bacterial membrane appears to be less dense, [cyto]plasma contents (Fig. 2) are extruded until, except for resistant germs (Fig. 3), complete lysis has occurred. It is remarkable that in certain stages of lysis, crystalloid elements can be observed (Fig. 4) which, alone or in groups, occur near the poles of the bacteria at the places where one locates the organization centers (nucleoids after Piekski).

Fig. 1.

III 133/39. Coliphages on sharply delimited bacterial surface. Electron optical : 15 000:1.

Fig. 2.

III 137/39. Coliphages on loosely delimited, unsharp bacterial surface. Electron optical : 14 000:1.

Fig. 3.

II 702/39. Coliphages on resistent germ with intact membrane. Electron optical : 14 000:1.

Fig. 4.

III 139/39. Germ with included and (extruded?) crystalloid elements and phages in the vicinity. Electron optical : 14 000:1.

The phage is a small round particle which, after cautious irrradiation, appears homogeneous and rather dense. The phages seem to be destroyed at higher irradiation intensity, leaving behind only annular or hollow remains.

We could induce the same phenomenon in the crystalloids shown in Fig. 4, so that (Fig. 5) only the contours of these perhaps cubic bodies are visible. The similar reaction of phage bodies and crystalloid structures to electron irradiation suggests that both are of a similar substance and thus the crystalloids are perhaps linked to the centers of genesis of phage protein.

Fig. 5.

As Fig. 4. III 140/39. The crystalloid elements are destroyed by heavy irradiation. Electron optical : 14 000:1.

For optical reasons, it cannot be conclusively decided whether phage multiplication is an exclusively endogenic or also exogenic event. This question—essential for the concept of phage nature—is the object of further investigations and will be discussed in the context of an extensive description of all observed phenomena. We also refer to the simultaneous communication of E. Pfankuch and G.A. Kausche in this issue.

Ruska H. Die Sichtbarmachung der bakteriophagen Lyse im Übermikroskop. Naturwissenschaften 1940; 28:45–6

Nachdem die Versuche zur Erzielung hochvergrößerter Aufnahmen von Bakterien im Übermikroskop gezeigt hatten, daß Bakterienstrukturen sublichtmikroskopischer Größe sichtbar gemacht werden können, war die Voraussetzung zur Verfolgung der bakeriophagen Lyse und der damit zusammenhängenden Probleme gegeben.

Der Phage ist ein kleines rundes Körperchen, das bei vorsichtiger Bestrahlung homogen und ziemlich dicht erscheint. Bei Anwendung hoher Bestrahlungsintensitäten werden die Phagen anscheinend durch die Elektronen zerstört. so dass nur noch ringförmige oder hohlkugelige Restkörper übrig bleiben.

Beim Hinzusetzen eines Lysats zu Coli•Bouillon erscheinen die Phagen schon nach kurzer Zeit an die Bakterienmembran adsorbiert (Fig. I). In ziemlich raschem Ablauf wird die Membran zunächst aufgelockert, die Plasma-Bestandteile (Fig. II) treten aus, bis schließlich, mit Ausnahme der resistenten Keime (Fig. III) völlige Lyse eingetreten ist. Bemerkenswert ist die Beobachtung, daß in gewissen Stadien der Lyse an einzelnen Bakterien kristalloide Gebilde sichtbar werden können (Fig. IV), die einzeln oder häufig zu mehreren ziemlich polar au den Stellen liegen, wo man die Organisationszentren (Nukleoide nach PIEKARSKI) der Bakterienzelle annimmt.

Fig. I.

III 133/39. Coli•Phagen an vorwiegend scharf begrenzter Bakterienoberfläche. Elektronenoptisch : 15 000:1.

Fig. II.

III 137/39. Coli•Phagen an aufgelockerter, unscharf begrenzter Bakterienoberfläche. Elektronenoptisch: 14 000:1.

Fig. III.

II 702/39. Coli-Phagen an resistentem Keim mit erhaltener Membran. Elektronenoptisch : 14 000:1.

Fig. IV.

III 139/39. Keim mit eingeschlossenen und anliegenden (ausgetretenen ?) kristalloiden Bildungen und Phagen. Elektronenoptisch : 14 000:1.

Dieselbe Erscheinung haben auch wir bei den in Fig. IV dargestellten Kristalloiden experimentell auslösen können, so daß (Fig. V) nur noch die Umrisse dieser wohl würfelförmig zu denkenden Gebilde zu sehen sind. Die gleichartige Reaktion der Phagenkörper und der kristalloiden Gebilde auf die Bestahlung mit Elektronen läßt die Möglichkeit zu, daß beide substantiell ähnlich aufgebaut sein können, daß also die Kristalloide vielleicht mit den Entstehungszentren des Phagenproteins in Zusammenhang zu bringen sind.

Fig. V.

Wie Fig. IV. III 140/39. Die kristalloiden Gebilde sind durch starke Elektronenbestrahlung zerstört. Elektronenoptisch : 14 000:1.

Ob die Phagenvermehrung ausschließlich endogen oder auch exogen erfolgt, ist aus optischen Gründen noch nicht mit Sicherheit entschieden. Diese -— für die Auffassung von der Natur des Phagen wesentliche — Frage ist Gegenstand weiterer Untersuchungen und wird in Zusammenhang mit der ausführlichen Darstellung aller Einzelerscheinigungen erörtert werden. Im übrigen sei auf die gleichzeitig von E. Pfankuch und G. A. Kausche in diesem Heft erschienene Mitteilung verwiesen.

Berlin, I. Medizinische Klinik der Charité, und Berlin-Siemensstadt, Laboratorium fur Elektronenoptik der Siemens & Halske A.G., den 16. Dezember 1939.

Note

The phages illustrated in both publications were probably coliphages of the T7 type, thus particles of about 60 nm in diameter. One marvels how exactly their dimensions were calculated at this early date. Both papers appeared in Naturwissenschaften 1940; 28:45–6 (© Springer-Verlag Heidelberg). The original titles are Die Sichtbarmachung der bakteriophagen Lyse im Übermikroskop (Ruska H, pp. 45–6) and Isolierung und übermikroskopische Abbildng eines Bakteriophagen (Pfankuch E, Kausche GA, p. 46). Translation and illustrations are reproduced with kind permission of Springer Science+Business Media.