Станислав Галактионов - Биологически активные
Между тем исследователи, занятые выделением инсулина (точнее – тогда еще безымянного фактора, регулирующего уровень глюкозы в крови), руководствовались не только чисто академическим интересом. Еще сами Минковский и фон Меринг обратили внимание на далеко идущее сходство симптомов, наблюдаемых у их подопытных собак, с проявлениями довольно распространенной болезни – диабета.
Историки медицины находят первые упоминания о диабете еще в трудах врачей I века; дальнейшее его изучение показало, что один из главнейших симптомов диабета – именно выделение больших количеств сахара с мочой, обезвоживание организма. Ткани утрачивают способность усваивать сахар, начинают вместо этого расходовать жиры и белки, наступает потеря веса. При этом окисление жиров сопровождается образованием токсических продуктов – так называемых кетоновых тел; всем известен простейший их представитель – ацетон.
«Сестра милосердия молча откидывает одеяло. Терапевт втягивает ноздрями воздух и поднимает глаза.
– Диабет?
– Откуда вы знаете? – ворчит хирург. – Я, конечно, велел сделать анализ мочи, нет ли в ней крови. Оказалось, что есть и сахар. Вы что, определяете по запаху?
– И обычно не ошибаюсь, – кивает терапевт. – Ацетон всегда различишь. Наша ars medica (искусство медицины. – С.Г.) – на пятьдесят процентов интуиция, голубчик».
Не одинок в этом отношении безымянный терапевт из чапековского «Метеора»; часто приходится слышать рассказы о многоопытных врачах, ставящих диагноз «диабет», лишь только больной присел на стул напротив него и сделал один выдох.
Накопление токсических, кетоновых тел и истощение приводят в конечном счете к смерти больного. Единственная надежда – инсулин. Выделить из поджелудочной железы препарат, содержащий инсулин, удалось лишь тридцать лет спустя после работы Минковского и фон Меринга канадским ученым Ф. Бантингу и К. Бесту. Для этого они применили следующий прием: перевязали проток, выводящий сок поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку. Несколько недель спустя ткани, в которых происходило образование пищеварительных ферментов, распались и экстракт, полученный из таким образом подготовленной поджелудочной железы, уже содержал неразрушенный инсулин (кстати, именно Бантинг и Бест дали гормону это название). Еще одним источником активных экстрактов оказалась поджелудочная железа эмбриона: в ней еще не происходит синтез пищеварительных ферментов (незачем!), а инсулин уже синтезируется.
Ни тот, ни другой метод, конечно, не годился для получения инсулина в практических целях, для нужд медицины, однако работами Бантинга и Беста был намечен путь к освоению получения инсулиновых препаратов из поджелудочных желез скота, заготавливаемых на бойнях. Инсулин стал производиться в больших количествах; подсчитано, что благодаря его широкому применению жизнь нескольких десятков миллионов больных диабетом продлена на годы, часто на десятилетия. Правда, каждый такой больной ежедневно должен получать несколько инъекций «обычного» инсулина или носить особое устройство – дозатор, подающее инсулин в кровь; созданы также препараты инсулина, медленнее рассасывающиеся из места инъекции или более устойчивые к ферментам крови, осуществляющим распад инсулина. Эти препараты можно применять реже.
Инсулину было суждено оставить заметный след в истории современной биологии. Он оказался первым белком, для которого была установлена последовательность чередования аминокислотных остатков (это сделал англичанин Ф. Сэнджер в 1953 году). Оказалось, что он состоит из двух полипептидных цепей (21 и 30 остатков), соединенных друг с другом двумя ковалентными связями через боковые радикалы остатков цистеина, так называемыми дисульфидными мостиками. Эта работа Сэнджера была отмечена Нобелевской премией. Кто-то из известных ученых выразился таким образом, что Нобелевская премия стала чем-то вроде титула «чемпиона мира по науке». Частично это, пожалуй, справедливо, хотя нужно признать, в последние годы у Нобелевского комитета заботы скорее приятные: как не обойти никого из ученых, вклад которых в развитие науки действительно неоспорим. Больше, грубо говоря, эпохальных открытий, чем премий.
Нет, конечно же, гарантий, что о некоторых из ныне премированных вскоре не забудут, и вовсе не по причине того, что премии свои они получили недостойным путем, по линии кумовских связей и т.п. Время – фильтр научных ценностей. И не подлежит сомнению, что нобелевский лауреат Сэнджер (премия 1958 года) успешно этот фильтр миновал. Его результаты, с позиций нынешнего дня, – это уровень дипломных работ или в лучшем случае кандидатских диссертаций, но они знаменовали тогда выход в принципиально новую сферу поиска, послужили связующим звеном нескольких направлений зарождавшейся тогда молекулярной биологии. А среди коллег его до сих пор живо воспоминание о том, как у него спросили на пресс-конференции, что же он сделает со своими лауреатскими деньгами.
– О, моя жена наверняка найдет им какое-нибудь применение, – гласил безмятежный ответ.
На примере инсулина был обнаружен механизм формирования пространственной структуры белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей. Первоначально синтезируется одна цепь, включающая в себя оба компонента будущей молекулы и какие-то соединяющие их участки; в случае инсулина это цепь из 86 остатков – проинсулин. Он не обладает гормональной активностью инсулина: для получения активного соединения необходимо удалить «перемычку», соединяющую две цепи, – пептид из 35 остатков. Это и происходит в островках Лангерганса под действием особых ферментов. Если непосредственно в кровь ввести вместо инсулина проинсулин, это вызовет весьма болезненную реакцию: иммунные системы организма воспримут его как чужеродный белок.
Инсулин оказался также и первым белком, который удалось синтезировать химическим путем. Этого выдающегося результата добилась группа китайских химиков, причем добилась в печальный период «культурной революции»; в сообщении ученых говорилось, что тотальный синтез инсулина был осуществлен благодаря политике «трех больших красных знамен», «большого скачка» и при максимальном использовании идей Мао Цзедуна. Китайские химики всего на несколько месяцев опередили исследователей из США, также синтезировавших инсулин, но по другой схеме.
Наконец, инсулин оказался в числе первых фармакологических препаратов, промышленный выпуск которых был освоен с использованием методов генетической инженерии.
Трудно ли синтезировать белок?
Среди математиков в ходу шутка: «За работы в области теории чисел следует присуждать не ученые степени, а звание мастера спорта». Намекается тем самым, что теория чисел – лишь род головоломок, почти бесполезных в приложениях. Наверное, это все же не совсем так; я вспомнил об этой шутке, конечно, не для того, чтобы обидеть немногих моих читателей – специалистов по теории чисел.
Здесь напрашивается некая аналогия из истории химии белка. В течение десятилетий считалось, что химический синтез белка означал бы гигантский шаг на пути познания тайн природы, открытие новых невиданных возможностей управления ее силами, фантастические перспективы для медицины, сельского хозяйства, многих отраслей промышленности. Более того, выполнение такого синтеза представлялось небывалым триумфом человеческого разума, дерзким вызовом Натуре–или, если угодно, господу богу.
В пятидесятых годах была установлена структура нескольких биологически активных пептидов, а затем осуществлен и их синтез. Потом удалось определить аминокислотную последовательность ряда белков; стало ясно, что синтез белка – вопрос времени, причем не очень продолжительного. В начале шестидесятых годов уже отчетливо ощущался элемент спортивного азарта. Вспоминаю разговор двух химиков, свидетелем которого мне пришлось тогда быть:
– Ты слышал? Японцы уже умеют синтезировать белок!
– Невероятно! Как им это удалось?
– Удалось. С помощью микроорганизмов.
– А-а. Только почему же одни японцы? У нас тоже умеют – с помощью коровы.
Но вот наконец первый белок синтезирован. Вслед за инсулином появляется синтетическая рибонуклеаза, еще несколько белков. И как-то вдруг после в некотором смысле запланированного взрыва эйфории наступает отрезвление. Позвольте, а зачем это мы синтезируем эти самые белки? Чего мы добились? Показали, что у синтетических белков та же биологическая активность, что и у природных? Так как же ей не быть, если у них совпадает структура? Говорить же о получении синтетическим путем белков для каких-нибудь практических целей и вовсе бессмысленно. Стоимость тех ничтожных количеств синтетического белка, которые были получены в результате многолетнего труда искуснейших химиков, не сравнится со стоимостью никакого наидрагоценнейшего бриллианта, если пересчитать на вес. И ясно при этом, что существенно упростить процедуру синтеза не удается.
