Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий
Шрифт:
Красивая идея, не так ли? Проблема заключалась в том, что, когда исследователи начинали эту работу, они понятия не имели о механизме размножения вирусов, не знали структуру ДНК и даже то, что именно ДНК является носителем генетической информации. Они работали в полном смысле этого слова в потемках, в своих прикладных изысканиях опережая на несколько шагов фундаментальную науку. Это было сочетание гениальной интуиции с огромным трудом.
Помимо ацикловира, первого антивирусного препарата, Элайон разработала меркаптопуринол – первое лекарство от лейкемии, азатиоприн – первый иммуносупрессор, применяемый при трансплантации органов, антималярийный препарат пириметамин, алопуинол для лечения подагры и триметоприм для лечения менингита. Феноменальная научная продуктивность!
В 1988 году Элайон и Хитчингс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Это было справедливо во всех отношениях. Причем все знали, что Элайон не была всего лишь тенью своего шефа; общепризнано, что именно она внесла решающий вклад в создание перечисленных
В краткой автобиографии Гертруда Элайон писала: “По прошествии лет моя работа стала для меня и профессией, и хобби. Я так наслаждалась ею, что не видела нужды отвлекаться от нее для отдыха. Разве что для посещения оперы, балета, концертов и театральных постановок”. А в последние годы Элайон много путешествовала по миру, удовлетворяя свою неуемную любознательность и давнюю страсть к фотографии. Замуж она так и не вышла и жила одной семьей со своим братом, его четырьмя детьми и внуками. Скончалась она в 1999 году, пережив на год Хитчингса.
С открытия ацикловира прошло уже несколько десятилетий, но, к сожалению, успехи науки в деле борьбы с болезнетворными вирусами не столь впечатляющи, как нам всем хотелось бы. Нет, научных публикаций по антивирусным препаратам пруд пруди, уже и к ВИЧ, самому заковыристому из вирусов, подобрались, вот только до аптек, то есть до нас с вами, практически ничего не доходит. Несмотря на то что исследователи невероятно продвинулись в понимании механизма инфицирования и размножения вирусов, создание эффективного антивирусного средства, как, впрочем, и других лекарств, по-прежнему является делом случая и удачи.
Это иллюстрирует пример из практики замечательного российского ученого Марии Николаевны Преображенской, работающей ныне в московском Институте по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе. В конце 1980-х годов в ее лаборатории были синтезированы антибиотики нового поколения, проявляющие высокую цитостатическую (противоопухолевую) активность. Глядя на их строение, которое своей сложностью потрясает даже специалистов, никто и подумать не мог, что они способны проявить антивирусную активность. Проводить же биологические испытания без надежды на успех, как говорится “до кучи”, никто не любит, потому что это отнимает много времени, сил и денег. Так что эти препараты протестировали в значительной мере случайно и неожиданно обнаружили, что один из них, бывший по всем прочим параметрам ничем не лучше и не хуже других, подавляет распространение вируса гриппа. Впоследствии оказалось, что новый препарат останавливает вторжение вируса на самой первой стадии, препятствуя его проникновению в клетку.
Это открытие положило начало новому направлению в вирусологии, которым сейчас активно занимаются во многих лабораториях по всему миру. Впрочем, все пока ограничивается научными публикациями и международным патентом, который М.Н. Преображенская получила еще в 1995 году вместе с ведущим бельгийским вирусологом Эриком де Клерком [52] . Зарубежные фармацевтические компании по каким-то своим соображениям медлят с приобретением лицензии на патент – необходимой стадии для проведения полномасштабных клинических испытаний. А в нашей стране это вообще никого не интересует, ведь вся инфраструктура фармацевтических исследований и производства была до основания разрушена в 90-е годы.
52
История работ по созданию антивирусных препаратов описана в эпической саге де Клерка, опубликованной в нескольких номерах журнала “Medical Research Reviews”: 2008, том 28, с. 929–953; 2009, том 29, с. 571–610 и 611–645; 2010, том. 31, с. 118–160. К сожалению, осилить этот текст могут только очень узкие специалисты.
Но не будем о грустном, о разрухе и болезнях. Вирусы предоставляют нам множество позитивной информации, ведь они только в одной из своих ипостасей – яд, зато в других оказываются чрезвычайно полезными. Об их положительной роли в природе я уже писал выше, теперь рассмотрим, как их используют для своих нужд ученые.
В первую очередь вирусы для ученых – это одновременно модель и инструмент научных исследований. Расскажу лишь одну историю. Из главы, посвященной ДНК, мы помним, что первое убедительное доказательство того, что именно ДНК служит хранилищем генетической информации, было получено в 1944 году в экспериментах по трансформации бактерий. Пришло время сказать правду: это доказательство убедило далеко не всех, вплоть до 1952 года многие специалисты продолжали считать, что наследственная информация передается белками. Переубедил их эксперимент с вирусами, ставший классикой биологии. Его выполнили американский генетик Альфред Херши (1908–1997), будущий лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1969 г.) и его молодая ассистентка Марта Чейз (1927–2003) [53] .
53
Жизнь Марты Чейз-Эпштейн сложилась трагически. В 60-е гг. молодую женщину поразила болезнь Альцгеймера, потеря памяти, и ее научная карьера, начавшаяся столь блестяще, прервалась.
Эксперимент чрезвычайно изящен. Исследователи получили бактериофаги, белковые оболочки которых были помечены радиоактивным изотопом серы, а содержащаяся в них ДНК – радиоактивным изотопом фосфора. С помощью этих меток удалось доказать, что при атаке бактериофага внутрь бактерии попадает только ДНК, а белковый контейнер остается снаружи. Именно ДНК запускает внутри бактерий синтез всех компонентов будущих частиц вируса, включая синтез белков.
Помимо этого, ученые приспособили вирусы для решения практических задач, прежде всего в генной инженерии. Опять же из главы, посвященной ДНК, мы помним, что генная инженерия родилась в 1972 году, когда Пол Берг собрал первую рекомбинантную ДНК, содержащую фрагменты ДНК вируса SV40 и бактерии E.coli. Вирусы в этом случае использовались исключительно как удобная модель. Несколькими годами позже Бойер синтезировал рекомбинантную ДНК с геном человека, ответственным за синтез инсулина, и внедрил его в бактерию. Это была уже технология. Но для внедрения гена в бактерию вирус не требуется, это можно сделать гораздо проще. Другое дело – клетки высших организмов, тут не обойтись без вирусов с их всепроникающей способностью и умением внедрять свой геном в ДНК клетки-хозяина, отточенными до совершенства за миллиарды лет эволюции.
Поразительно, но первое исследование в этой области было выполнено практически одновременно с описанной выше работой. Эта история началась в 1973 году, когда тридцатилетний немецкий биолог Рудольф Яниш приехал на стажировку в Принстонский университет (США). Его интересовал вопрос, который не давал покоя ученым на протяжении уже нескольких десятилетий: почему при заражении взрослых мышей различными вирусами развиваются только определенные формы рака? Для проверки некоторых своих предположений Яниш решил заразить вирусом SV40 [54] эмбрионы мышей на самой ранней стадии развития и посмотреть, что из этого выйдет и будут ли у выросших особей появляться опухоли. Поэтому он обратился за помощью и руководством к Беатрис Минц, признанному специалисту в области мышиных эмбрионов. После года экспериментов им удалось доказать, что ДНК вируса внедряется в геном эмбриона и передается по наследству. Сам факт внедрения ДНК вируса в геном млекопитающего был открытием. Но я хочу подчеркнуть другое: в сущности, Минц и Яниш получили первое генетически модифицированное животное. Случилось это почти одновременно с получением первой генетически модифицированной бактерии и намного раньше получения первого генетически модифицированного растения.
54
Этот вирус, обнаруженный в клетках обезьяны и человека, способен вызывать образование опухолей. С ним связан один из самых громких скандалов в истории медицины: в 1960-х гг. обнаружили, что им была заражена вакцина от полиомиелита, произведенная в США и применявшаяся по всему миру. По одной из версий, вирус попал в вакцину из клеток почек инфицированных обезьян, которые использовали для выработки вакцины, а применявшийся метод инактивации собственно вируса полиомиелита не затронул вирус SV40. Точное число инфицированных во всем мире не установлено, но счет идет на миллионы.
То, что Яниш внедрил в организм млекопитающего потенциальный онкоген, не имеет никакого значения. Тут дело принципа. Лиха беда начало.
Ученые научились вырезать из ДНК вирусов все вредные гены и вставлять на их место полезные, например здоровые человеческие гены, и с помощью вирусов переносить их в клетки нашего организма. Это, как вы уже догадались, путь к генной терапии. Но об этом – в главе, посвященной адресной доставке лекарств, – “Волшебная Пуля”.
И, наконец, ученые научились создавать вирусы, как говорится, с нуля, из обычных химических веществ [55] . Работы в этой области начались более десяти лет назад, когда техника автоматизированного синтеза олигонуклеотидов и их копирования достигла такого уровня, что появилась возможность собрать “молекулу жизни” – ДНК, из элементарных строительных блоков. Выбор, естественно, пал на вирусы с их самым коротким геномом, расшифрованным к тому же от первой до последней “буквы”. Тон исследованиям задавал Институт Вентера. Его сотрудники синтезировали геном бактериофага ФХ-174 длиной в пять тысяч пар нуклеотидов и ввели его в клетку бактерии. Однако фаг “отказывался” там работать и не запускал сборку новых вирусных частиц.
55
Это не имеет никакого отношения к созданию бактериологического оружия нового поколения. Уверен, что вы, знакомые с широкими возможностями трансформации вирусов методами генной инженерии, спокойно отнесетесь к термину “синтетический вирус”, в отличие от некоторых журналистов и групп истерических и обычно малообразованных граждан, которые во всяком научном открытии видят предвестие конца света.