Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева
Шрифт:
Пронтозил действовал на бактерии именно так, как описывалось в рекламе, но ученые из института Пастера обнаружили несколько странных вещей, проследив путь вещества в организме. Во-первых, оказалось, что с бактериями борется совсем не пронтозил, а производное от него соединение – сульфаниламид. Клетки млекопитающих синтезируют сульфаниламид, расщепляя молекулу пронтозила надвое. Сразу стало понятно, почему препарат не действовал на микробов при опытах в пробирке: там не было животных клеток, способных активировать пронтозил, расщепив его молекулу. Во-вторых, сульфаниламид, состоящий из центрального атома серы с шестью боковыми цепочками-щупальцами, нарушает синтез фолиевой кислоты. Это важнейшее питательное вещество, необходимое всем клеткам для репликации ДНК и, следовательно, для деления. Млекопитающие получают фолиевую кислоту из пищи, таким образом, для их клеток сульфаниламид оказывается безвредным. Но бактериям приходится самостоятельно синтезировать фолиевую кислоту, необходимую им для митоза и размножения. Фактически французы доказали, что открытый Домагком препарат не убивает бактерий, а «стерилизует» их!
Этот прорыв в исследованиях пронтозила
94
Компания «ИГ Фарбениндустри», в которой работал Домагк, вскоре приобрела печальную известность во всем мире, так как занялась производством инсектицида «Циклон-Б». Нацисты использовали этот смертоносный газ при массовом убийстве узников концентрационных лагерей (подробнее об этом рассказано в главе 5). Компания распалась вскоре после окончания Второй мировой войны. Многие из ее руководителей в ходе Нюрнбергского процесса были обвинены в военных преступлениях (процесс «США против Карла Крауха и др.») за содействие нацистской агрессии и жестокому обращению с узниками и пленными солдатами. Среди фирм, образовавшихся после распада «ИГ Фарбениндустри», сегодня наиболее известны Bayer и BASF.
Несмотря на профессиональный провал Домагка, коллеги по достоинству оценили его работу, и в 1939 году славный последователь Пастера получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Это произошло всего через семь лет после первого эксперимента с мышами. Но, как бы то ни было, Нобелевская премия лишь усложнила жизнь Домагка. Гитлер возненавидел Нобелевский комитет за то, что еще в 1935 году шведская академия присудила Нобелевскую премию мира журналисту и пацифисту, известному своими антинацистскими взглядами [95] . Фюрер фактически запретил немцам получать Нобелевские премии. По этой причине гестапо арестовало Домагка и жестоко обошлось с ним за его «преступление». С началом Второй мировой войны Домагку удалось немного реабилитироваться перед властями, убедив нацистов (не с первого раза), что его препараты могут вылечивать солдат от гангрены. Но к тому времени союзники также располагали сульфаниламидами, и репутация Домагка явно не улучшилась, когда эти препараты в 1942 году спасли жизнь Уинстону Черчиллю, человеку, намеренному во что бы то ни стало разгромить Германию.
95
Речь о Карле фон Осецком (1889–1938). – Прим. пер.
Хуже того, тот препарат, который некогда спас жизнь дочери Домагка, превратился в опасное модное лекарство. Люди принимали сульфаниламиды от боли в горле и насморка, и вскоре препарат стали считать настоящим эликсиром. Всеобщий ажиотаж привел к гнусной афере: жадные до наживы американские дельцы решили подзаработать и стали торговать сульфаниламидами, подслащенными антифризом. За несколько недель от этого средства умерли сотни людей, что еще раз доказывает: когда речь заходит о панацеях, человеческая доверчивость не знает границ.
Кульминацией микробиологических исследований, начатых Пастером, стало открытие антибиотиков. Но не все болезни имеют бактериальную природу; многие из них связаны с гормональными или биохимическими нарушениями. Современная медицина начала борьбу с болезнями такого рода лишь после того, как специалисты принялись исследовать другую замечательную биологическую находку Пастера – явление хиральности. Вскоре после того, как Пастер высказал свое замечательное мнение о судьбе и подготовленных умах, он сделал еще одно важное наблюдение. Пусть и не столь выразительная, эта фраза заставляет задуматься о чудесах, так как ею Пастер пытается ответить на вопрос: благодаря чему жизнь становится живой? Выяснив, что на самом глубоком уровне жизнь связана с хиральностью, Пастер предположил, что «хиральность – это единственная четкая демаркационная линия, которую мы сегодня можем провести между химией и биохимией» [96] . Если вы когда-либо задумывались о том, что же такое жизнь, то, с химической точки зрения, дело именно в хиральности.
96
Тем не менее хиральность обнаруживается и на других уровнях мироздания – от субатомного до сверхгалактического. Радиоактивный бета-распад кобальта-60 – это асимметричный процесс, и космологи уже имеют предварительные доказательства того, что спиральные галактики, расположенные над северным полюсом нашей галактики, обычно вращаются по часовой стрелке, а те, что находятся под южным полюсом, – против часовой стрелки.
Это утверждение Пастера определяло развитие биохимии примерно в течение века. За этот период медицина достигла необычайных успехов в понимании природы болезней.
Тем не менее эта сложность не отпугивала ученых от новых попыток. Некоторым удалось получить хиральные химические вещества, дистиллируя вытяжки и гормоны из живых организмов, но в конце концов это оказалось невероятно сложной работой. Так, в 1920-е годы двум чикагским химикам пришлось переработать несколько тысяч фунтов бычьих семенников, взятых с бойни, чтобы получить несколько десятков грамм чистого тестостерона. Другой возможный путь заключался в том, чтобы проигнорировать указание Пастера и синтезировать вещества, содержащие как правосторонние, так и левосторонние варианты молекул. Это как раз было совсем несложно, поскольку статистически правовращающие и левовращающие изомеры образуются при химических реакциях с равной вероятностью. Проблема заключается в том, что в организме поведение зеркальных молекул различается. Например, лимоны и апельсины обязаны своим терпким запахом одному и тому же веществу – но эти цитрусовые все же пахнут по-разному, так как в одном из них ароматные молекулы правовращающие, а в другом – левовращающие.
Молекулы с неверной хиральностью могут даже оказывать разрушительное воздействие на «левостороннюю» биологию. Так, в 1950-е годы одна немецкая фармацевтическая компания стала продавать успокоительное средство, в котором безвредная лечебная разновидность активного вещества была смешана с его вредной зеркальной разновидностью, поскольку разработчики просто не умели разделять два вида молекул. В результате приема препарата стали рождаться дети с ужасными уродствами – у многих не было рук и ног, а только кисти и ступни, отходившие от тела, подобно черепашьим ластам. Это вещество, талидомид, стало самым печально известным лекарством XX века [97] .
97
Недавно некоторым ученым удалось определить, почему патологические эффекты талидомида не проявились в ходе клинических испытаний. По некоторым причинам молекулярного характера талидомид не вызывает врожденных отклонений у мышат, а немецкая компания Грюненталь, производившая талидомид, не провела после опытов на мышах тщательных исследований на людях. В США талидомид так и не был допущен к применению для беременных женщин, так как руководитель Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов Френсис Олдэм Келси не подчинился давлению лоббистов и не пропустил этот препарат на американский рынок. Интересно, что в настоящее время талидомид возвращается в медицинскую практику – например, он оказался исключительно эффективным средством от проказы. Кроме того, это хорошее противораковое средство: талидомид замедляет рост опухолей, так как препятствует формированию новых кровеносных сосудов. Именно это свойство талидомида вызывало врожденные уродства: эмбрионы не получали достаточного количества питательных веществ для развития конечностей. Тем не менее до полного доверия талидомиду еще далеко. В большинстве государств действуют строгие правительственные протоколы, запрещающие врачам назначать талидомид женщинам детородного возраста, поскольку на момент начала лечения они могут оказаться беременны.
После катастрофы с талидомидом перспективы создания хиральных лекарств казались призрачными, как никогда. Но в то самое время, когда общественность оплакивала калек, один химик из Сент-Луиса по имени Уильям Ноулз принялся экспериментировать с малоизвестным элементом родием. Ноулз работал в сельскохозяйственной компании Монсанто, которая выделила ему собственную исследовательскую лабораторию. Ноулз пошел дальше Пастера и доказал, что в руках достаточно умного биолога «мертвая» материя вполне может оздоровливать живую.
Ноулза заинтересовала плоская, двухмерная молекула, которую он хотел «надуть» и сделать трехмерной. Дело в том, что левосторонняя разновидность этой молекулы могла стать средством для лечения заболеваний мозга, например болезни Паркинсона. Самая сложная задача заключалась в том, чтобы обеспечить правильную ориентацию молекулы. Здесь следует отметить, что плоские объекты не могут быть хиральными. Представьте себе копию вашей правой ладони, вырезанную из картона. Достаточно ее перевернуть – и она станет копией левой ладони. Хиральность возникает лишь по оси z. Но неодушевленные химические вещества, участвующие в реакции, «не понимают», как обеспечить нужную нам хиральность [98] , а просто образуют молекулы обоих видов. Правда, химию можно перехитрить.
98
Уильям Ноулз развернул молекулу, разорвав двойную связь. Когда атом углерода образует двойные связи, от него отходит всего три «мостика» – два одиночных и один двойной. Электронов по-прежнему восемь, но они распределены между двумя связями. Атомы углерода, связанные двойными связями, обычно образуют треугольные молекулы, поскольку в такой структуре электроны отдаляются друг от друга на максимальный угол – 120°. Когда двойная связь разрывается, три связи атома углерода превращаются в четыре. В такой ситуации для максимального удаления электронов друг от друга молекула должна быть трехмерной (тетраэдр), а не плоской (квадрат). Угол между вершинами квадрата составляет 90°, а между вершинами тетраэдра – 109,5°. Но дополнительная связь может отходить от молекулы как вверх, так и вниз. В результате образуются молекулы с правосторонней или левосторонней ориентацией.