В молекуле от безумия. Истории о том, как ломается мозг - Сара Мэннинг Пескин
Изучая труды Гольдбергера, Эльвехем заметил, что во всех его экспериментах – и над собаками, и над людьми – было одно фундаментальное ограничение: в рационах с недостатком питательных веществ не хватало более чем одного витамина. А в лечебных диетах, составленных Гольдбергером, содержалось сразу несколько витаминов. Без дополнительных молекулярных исследований было невозможно определить, какой именно элемент представлял собой так называемый витамин G. Здесь и запнулся Гольдбергер под конец своей карьеры: он опирался на свои знания в сфере здравоохранения, но на этом этапе решение проблемы требовало участия биохимика.
Решение было следующим: надо взять один из продуктов, который помогает от «черного языка» (Эльвехем выбрал печень), и разложить его на различные типы молекул. А затем можно будет проверить, какая именно молекула лечит синдром черного языка.
Упрощенный вариант подобного эксперимента можно провести дома. Чтобы определить, что делает лимонад сладким, можно нагревать чашку лимонада, пока вода и лимонный сок не испарятся, и попробовать на вкус то вещество, которое останется. Вы поймете, что оно сладкое. Если пойти дальше и определить его химическое строение, то вы узнаете, что выделили сахар. Так вы докажете, что именно сахар – а не вода или лимон – делают лимонад сладким.
Эльвехем с коллегами начали с того, что взяли 400 граммов печени животного и обработали ее химическими веществами, позволяющими отделить друг от друга разные типы молекул[168]. Затем последовал многоступенчатый процесс, который занял несколько дней (и оставил после себя полную раковину грязной посуды). В результате ученые получили 2 грамма бесцветного твердого вещества, которое, как они надеялись, сможет вылечить «черный язык».
Вещество подействовало как волшебная таблетка. Собаки, принявшие совсем небольшое его количество, выздоравливали практически мгновенно. У них повышался аппетит, они снова набирали вес, становились веселыми и игривыми. Спустя три дня приема концентрата собак было не узнать! В их рационе ничего не изменилось, за исключением добавки из лаборатории Эльвехема, но, глядя на них, никто бы не сказал, что всего 72 часа назад эти животные были на грани смерти.
Изучив полученное вещество, Эльвехем выяснил, что оно состоит из углерода, водорода, азота и кислорода, причем соотношение этих элементов было на удивление знакомым[169]. С точки зрения атомной структуры «витамин G» был практически идентичен малой молекуле под названием никотиновая кислота.
Никотиновую кислоту несколькими десятилетиями ранее открыл Казимир Функ – биохимик, придумавший название «витамин». В то время Функ искал лекарство от полиневрита и был очень разочарован, увидев, что никотиновая кислота совершенно неэффективна в лечении этой болезни (что неудивительно: теперь-то мы знаем, что это заболевание развивается из-за дефицита тиамина). Хотя Функ и подозревал, что пеллагра тоже может возникать при нехватке какого-то витамина, он не осознавал, что лекарство от этого заболевания все время было у него под рукой, в его собственной лаборатории. Образцы никотиновой кислоты так и простояли у него на полке, пока он не вышел на пенсию, а весь мир ждал еще 20 лет, пока Конрад Эльвехем не сложил вместе все части этой головоломки.
Молекула никотиновой кислоты весит в пять раз меньше одного нуклеотида из молекулы ДНК, но для выживания клеток она столь же важна. Витамины усваиваются у нас в желудке и тонком кишечнике, потом с кровотоком попадают в печень – именно в ней Гольдбергер обнаружил высокое содержание вещества, предотвращающего пеллагру[170]. В печени мы трансформируем никотиновую кислоту в никотинамидадениндинуклеотид (NAD), молекулу, необходимую для работы по меньшей мере 400 белков – больше, чем любая другая подобная субстанция в человеческом теле[171].
NAD известен прежде всего тем, что помогает организму извлекать энергию из молекул сахара. Без него нам было бы очень трудно превращать пищу в топливо. Поскольку клетки кожи и кишечника часто делятся и размножаются, а клетки мозга отличаются высокой метаболической активностью, именно эти органы больше всего страдают при пониженном уровне NAD. И именно поэтому для пеллагры характерна такая триада симптомов: диарея, сыпь и деменция.
Однако значение NAD не ограничивается его участием в переработке сахара[172]. Эта малая молекула необходима и для восстановления поврежденной ДНК. Она помогает определить, насколько туго будут свернуты волокна генетического материала (считается, что их распрямление связано со старением). В последнее время ученые даже задумались, не способен ли NAD в виде пищевой добавки смягчить воздействие времени на человеческий организм[173].
Вскоре после того, как Эльвехем обнаружил, что никотиновая кислота лечит собак от «черного языка», врачи начали давать этот витамин больным пеллагрой. Фермер 42 лет из Северной Каролины, который весил всего 40 килограммов и на протяжении 15 лет страдал приступами пеллагры, стал принимать по 60 миллиграммов никотиновой кислоты в день[174]. Через сутки после приема первой дозы к нему вернулся аппетит. Он снова стал ориентироваться во времени и пространстве, давал правильные ответы, когда врачи спрашивали его, где он находится или какой сейчас день. Через шесть дней приема добавок мужчина стал «совершенно нормальным». На 12-й день потрескавшаяся сухая кожа снова стала упругой. «Результаты такого лечения впечатляют, – писали врачи, наблюдавшие этого пациента. – Никотиновая кислота очень дешевая: на лечение этого пациента мы не потратили и 10 центов».
Спустя 30 лет после того, как пеллагра впервые появилась в больнице для душевнобольных штата Южная Каролина, и спустя 20 лет после того, как Джозеф Гольдбергер ввел себе кровь больного пеллагрой, Конрад Эльвехем открыл лекарство от этой болезни, которое в пересчете на современные деньги стоит 1 доллар 80 центов.
Исследования Эльвехема наконец объяснили, чем были вызваны подъемы и спады заболеваемости пеллагрой на юге США. Впервые пеллагра стала представлять серьезную проблему в начале XX века, когда в Южной Каролине и соседних штатах все больше и больше сельскохозяйственных земель отводилось под хлопок. Не имея земли для выращивания овощей, кропперы – арендаторы-издольщики – довольствовались тем, что предлагали землевладельцы. Обычно это была кукуруза, обработанная таким образом, что из зерна удалялся зародыш, главный источник никотиновой кислоты. В конце 1910-х, когда по всему региону на поля хлопка проник хлопковый долгоносик, кропперы стали сами выращивать себе еду на участках земли, более не пригодной для хлопка. С переменами в сельскохозяйственной практике снизилась и смертность от пеллагры. Но через несколько лет, когда долгоносик отступил и хлопковая экономика восстановилась, пеллагра вновь начала стремительно распространяться. Люди умирали десятками тысяч, а еще тысячи страдали от обезображивающей сыпи, чудовищных приступов диареи и помутнения сознания. Наконец, во времена Великой депрессии, когда можно было бы ожидать, что заболеваемость пеллагрой вырастет астрономически, произошло обратное – смертность от этой болезни сократилась вдвое. Из-за того, что цены на хлопок упали до своего исторического минимума, кропперы начали выращивать тыкву, горох, окру и другие овощи, в которых содержалось достаточно никотиновой кислоты, чтобы предотвратить развитие болезни[175].
Последний удар по пеллагре и большинству других заболеваний, вызванных нехваткой витаминов, пришелся в США на конец 1930-х годов. Вторая мировая война была неизбежна, мысли об очередях за хлебом угнетали американцев, и пекарни по всей стране в сотрудничестве с Советом по продовольствию и питанию США установили требования по обогащению муки никотиновой кислотой, тиамином, а также другими витаминами и минералами. Цена пищевых добавок была ничтожна – за несколько центов можно было обеспечить одного человека основными витаминами на несколько месяцев. В The New York Times вышла статья под заголовком «Суперзлаки», в которой говорилось, что «война больше сделает для массового потребления необходимых витаминов, чем все проповеди экспертов по питанию, вместе взятые»[176].
У пекарей, принимавших участие
