logo
 

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Периодическая таблица полна переменчивых элементов, большинство из которых гораздо сложнее, чем прямолинейные агрессоры из «коридора ядов». Странные элементы творят в нашем организме странные дела – зачастую во вред нам, но иногда и на пользу. Элемент, токсичный в одних обстоятельствах, в других может оказаться противоядием, которое спасет жизнь. Элементы, участвующие в нашем метаболизме каким‑то необычным образом, могут стать для врачей новыми диагностическими инструментами. Взаимосвязи между элементами и лекарствами даже помогают прояснить, как сама жизнь вызревает из неодушевленного химического материала, наполняющего периодическую систему.

Лекарства на основе некоторых элементов имеют удивительно давнюю историю. Предполагается, что древнеримские офицеры болели меньше, чем простые легионеры, так как ели с серебряных тарелок. Как ни бесполезна была твердая валюта в диких краях, большинство семей американских первопроходцев обычно брали с собой в путь как минимум одну хорошую серебряную монету, которую провозили в фургонах «Конестога» через прерии, заботливо спрятав в молочной крынке. Монета была нужна не как платежное средство, а чтобы молоко не испортилось. Известный респектабельный астроном Тихо Браге, сломавший нос во время пьяной дуэли в 1564 году в плохо освещенном банкетном зале, заказал себе протез носа из серебра. Этот металл всегда считался модным и, что гораздо важнее, помогал бороться с инфекциями. Правда, он слишком заметно блестел, из‑за чего Браге был вынужден повсюду носить с собой банки с кремом, то и дело смазывая свой протез.

Любознательные археологи через много лет после смерти Браге раскопали его череп и обнаружили зеленую корку на передней части черепа. Вероятно, это означает, что Браге носил не серебряный, а более дешевый медный нос. Не исключено, конечно, что Браге просто менял протезы, как серьги, в зависимости от того, в какой компании оказывался. В любом случае эта история кажется правдоподобной. В свое время лечебные свойства обоих металлов отвергались как бабушкины сказки, но в наши дни наука подтверждает, что оба элемента являются антисептиками. Серебро слишком дорогое для повседневного использования, но медные трубы и другие сантехнические приспособления сегодня прочно угнездились в стенах современных зданий, так как полезны именно с санитарной точки зрения. История использования меди в медицинских целях началась в 1976 году, когда в одном филадельфийском отеле была зафиксирована вспышка смертельного заболевания. В июле того года неизвестная инфекция просочилась в трубы кондиционирующей системы здания, распространилась и попала в комнаты через вентиляционные отверстия с потоками холодного воздуха. За несколько дней сотни постояльцев отеля попали в больницу с «гриппом», тридцать четыре человека умерли. В ту неделю отель сдавал свой конференц‑зал для съезда группы ветеранов Американского легиона, и, хотя среди жертв оказались не только ветераны, инфекция получила название «болезнь легионеров».

Проблему сразу же стали решать законодательно. Правительство постановило, что необходимо повысить чистоту водопроводов и вентиляционных систем. Простейшим и наиболее дешевым способом усовершенствования всей инфраструктуры оказалось использование меди. Если какие‑то бактерии, грибки или мелкие водоросли сталкиваются с медной преградой, они поглощают атомы меди, которые, в свою очередь, нарушают их метаболизм. На человеческие клетки медь такого воздействия не оказывает. Микроорганизмы погибают в течение нескольких часов. Благодаря такому бактерицидному эффекту, называемому «олигодинамическим», металлы оказываются чище, чем дерево или пластик. Вот почему в общественных зданиях так часто встречаются латунные дверные ручки и металлические поручни. Кроме того, легко понять, почему большинство хорошо сохранившихся монет в США содержат до 90 процентов меди или (как, например, пенни) имеют медное покрытие. В вентиляционных шахтах также применяются медные трубы, позволяющие избавиться от таящихся там вредных микроорганизмов.

Не менее смертелен для крошечных одноклеточных организмов ванадий, элемент № 21. Правда, ванадий оказывает необычное действие на мужчин: это самый сильный из известных спермицидов. Большинство спермицидов растворяют жировую мембрану, окружающую сперматозоид, в результате чего клетка гибнет. Однако мембрана есть у всех клеток, поэтому такие вещества часто раздражают слизистую оболочку влагалища и повышают восприимчивость женщины к кандидозу. Это не здорово. Ванадий же не вызывает растворения оболочки сперматозоидов, а просто ломает им жгутики. Жгутики отваливаются, и сперматозоиды просто вертятся на месте, как лодочки с потерянными веслами.

Ванадиевые противозачаточные средства не появились на рынке по прозаической причине. Дело в том, что если в лабораторных условиях удается обнаружить у элемента те или иные полезные свойства, это еще не означает, что из него получится безопасный для здоровья людей препарат. Несмотря на свою силу, ванадий остается сомнительным элементом, не слишком подходящим для участия в метаболизме. В частности, ванадий необъяснимым образом повышает и понижает уровень сахара в крови. Именно поэтому, несмотря на небольшую токсичность, минеральная вода из богатых ванадием источников у горы Фудзияма продается в качестве средства, нормализующего уровень сахара в крови (как утверждают некоторые сайты). Другие элементы также могут быть эффективными лекарствами. К примеру, в последнее время ведутся исследования, связанные с лечением рака при помощи гадолиния. Действие гадолиния связано с тем, что в его атоме имеется множество неспаренных электронов. Несмотря на то что каждый электрон всегда готов образовывать химические связи с другими атомами, в родном атоме электроны максимально дистанцируются друг от друга. Как вы помните, электроны находятся в оболочках, а оболочки, в свою очередь, подразделяются на так называемые орбитали. На каждой орбитали может уместиться не более двух электронов. Интересно, что электроны заполняют орбитали по тому же принципу, что и пассажиры – двойные кресла в автобусе. Каждый электрон стремится занять свободную орбиталь и «подсаживается» к другому электрону, лишь когда свободных орбиталей уже нет. При этом электрон может находиться на одной орбитали только с тем, который обладает противоположным спином. Это особое свойство, которым характеризуется магнитное поле электрона. Связь между электронами, их спинами и магнитами может показаться странной, но все вращающиеся заряженные частицы обладают постоянным магнитным полем, как миниатюрные копии Земли. Если электрон образует пару с другим электроном, имеющим противоположный спин, их магнитные поля уравновешиваются.

Гадолиний, находящийся в середине ряда лантаноидов, имеет максимальное количество электронов, находящихся на своих орбиталях в одиночестве. При таком числе неспаренных, несбалансированных электронов он обладает гораздо более сильными магнитными свойствами, чем любой другой элемент. Это используется в магнито‑резонансной томографии (МРТ). Принцип работы томографа таков: аппарат немного намагничивает ткани тела, а потом резко отключает магнитное поле. Когда поле исчезает, ткани расслабляются и переориентируются случайным образом, становясь в результате «невидимыми» в магнитном поле. Сильно намагниченные фрагменты, в частности содержащие гадолиний, возвращаются в исходное состояние с задержкой, и MPT‑сканер улавливает эту разницу. Поэтому при включении гадолиния в вещества, которые специфическим образом связываются только с опухолевыми клетками, врачу проще обнаружить опухоль на MPT‑томографе. Можно сказать, что гадолиний усиливает контраст между опухолью и здоровой тканью. В зависимости от модели устройства опухоль может выделяться на дисплее либо как белое пятно на фоне сероватых тканей, либо как чернильное облако на ярко‑белом фоне.

Более того, гадолиний помогает не только диагностировать опухоли. Возможно, в нем кроется секрет уничтожения раковых опухолей с помощью интенсивной радиации. Благодаря множеству неспаренных электронов атом гадолиния может абсорбировать группы нейтронов, которые плохо абсорбируются нормальными тканями. Приобретая дополнительные нейтроны, гадолиний становится радиоактивным и сильно повреждает окружающие ткани. В принципе, взрыв микроскопической ядерной боеголовки прямо в теле не сулит ничего хорошего, но если бы врачам удавалось внедрять радиоактивный гадолиний в раковые опухоли, то наш враг неожиданно превращался бы в союзника. Кроме того, гадолиний также подавляет работу белков, участвующих в репарации ДНК, и опухолевые клетки не могут восстановить свои поврежденные хромосомы. Любой, кто перенес онкологическое заболевание, может подтвердить, что точечная атака с применением гадолиния была бы гораздо менее разрушительной, чем традиционная лучевая терапия и химиотерапия. Ведь эти виды лечения, убивающие раковые клетки, губят и все окружающие ткани. Если традиционные приемы можно сравнить с напалмом, то гадолиний однажды может позволить онкологам производить хирургические вмешательства без помощи хирурга.

Я не пытаюсь доказать, что шестьдесят четвертый элемент – панацея. Все атомы прокладывают свои пути по человеческому организму. Гадолиний, как и любой элемент, отсутствующий в нормальном обмене веществ, дает свои побочные эффекты. У некоторых пациентов он вызывает проблемы с почками, которые не могут быстро вывести его из организма. По другим данным, гадолиний повышает жесткость мышц, симптомы напоминают ранние стадии трупного окоченения. Кожа грубеет и твердеет, что в некоторых случаях затрудняет дыхание. Если заглянуть в Интернет, там обнаружится множество жалоб потерпевших, здоровье которых, по их словам, было погублено гадолинием (использованным для проведения МРТ).

Интернет – интересное место, где можно отследить все более‑менее распространенные мнения, касающиеся роли малоизвестных элементов в медицине. Практически для любого элемента, кроме токсичных металлов (а иногда и для них), можно найти какой‑нибудь сайт нетрадиционной медицины, на котором этот элемент продают как пищевую добавку. Закономерно, что в Интернете вы легко найдете и рекламу юридических фирм, предлагающих компенсировать вред, причиненный здоровью таким лечением. Профессиональные юристы готовы защищать ваши интересы, если вы подверглись патологическому воздействию практически любого элемента. Пока создается впечатление, что чудо‑лекари располагают в Интернете более широкой аудиторией сторонников, чем адвокаты. Медицина химических элементов (например, цинк в рассасывающихся таблетках) становится все популярнее, особенно если элемент давно использовался в знахарских снадобьях. В течение последнего века люди постепенно перешли с бабушкиных припарок на настоящие препараты, но растущее недоверие к европейской медицине вновь толкает людей на самолечение сомнительными «лекарствами», например серебром.

Лечение серебром, казалось бы, имеет научные основания – ведь этот металл вызывает такой же стерилизующий эффект, как и медь. Но разница между медью и серебром заключается в следующем: при употреблении серебра внутрь кожа становится голубоватой. Надолго. И ситуация на самом деле опаснее, чем кажется. Называя отравленную серебром кожу «голубой», мы лишь описываем внешние симптомы, и можно вообразить, что это очень интересно – иметь кожу цвета электрик. На самом же деле, кожа приобретает мертвенный сероватый оттенок, и человек начинает походить на гнома‑смурфика.

К счастью, это заболевание, называемое аргирией, не смертельно и не отражается на работе внутренних органов. В начале XX века один человек даже зарабатывал себе на жизнь, выступая с номером «Блю‑Мэн» в цирке уродцев. Его кожа приобрела голубой оттенок из‑за передозировки нитрата серебра, которым бедняга пытался вылечить сифилис. Кстати, лекарство не помогло. Уже в наши дни сёрвайвелист и ярый борец за свободу из штата Монтана Стэн Джонс в 2002 и 2006 годах баллотировался в Сенат США, ничуть не смущаясь синеватого оттенка своей кожи. Следует отдать Стэну должное – он смешил народ не хуже, чем преследовавшие его журналисты. Когда его спрашивали, что он говорит взрослым и детям, тычущим в него пальцем на улице, Джонс совершенно серьезно отвечал: «Говорю им, что обнашиваю маскарадный костюм для Хэллоуина».

Джонс также охотно рассказывал, как он заболел аргирией. Дело было так: всюду выискивая следы теории заговора, в 1995 году Джонс просто помешался на грядущей катастрофе, известной под названием «Проблема 2000 года». В особенности его волновал жесткий дефицит антибиотиков, с которым придется столкнуться после апокалипсиса. И тогда Джонс решил, что готовить иммунную систему к тяжелым временам нужно уже сейчас. Он принялся дистиллировать у себя на заднем дворе «серебряное пойло». Джонс погружал в пробирки с водой серебряные провода, подключенные к 9‑вольтным батарейкам. Обрабатывать воду таким образом не советуют даже убежденные проповедники лечения серебром – дело в том, что столь сильные токи чрезмерно обогащают раствор ионами серебра. Но Джон исправно пил свое зелье на протяжении четырех с половиной лет, до самого января 2000 года, когда компьютерный апокалипсис не состоялся.

Несмотря на этот провал и на то, как люди таращились на нашего героя во время его предвыборных кампаний, Джонс продолжает упорствовать в своих взглядах. Он баллотировался в сенаторы не для того, чтобы обратить на себя внимание Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств, которое (вполне в духе борьбы за свободу) выступает против медицинского применения элементов лишь в крайних случаях, когда они наносят серьезный вред или когда врачеватели потчуют больных явно невыполнимыми обещаниями. В 2003‑м, год спустя после проигрыша на выборах‑2002, Джонс заявил в своем интервью одному из известных журналов: «Я, конечно, виноват в том, что допустил передозировку [серебра], но по‑прежнему считаю, что это самый лучший антибиотик в мире… Если Америка подвергнется атаке с применением биологического оружия или если я заражусь какой‑нибудь опасной болезнью, я вновь начну принимать серебро. Чтобы выжить, можно и фиолетовым стать».

Несмотря на убежденность Стэна Джонса, лучшие современные лекарства содержат не отдельные элементы, а сложные химические соединения. Тем не менее в истории современной фармакологии нескольким неброским элементам довелось сыграть выдающиеся роли. Далее мы поговорим о сравнительно малоизвестных, но героических ученых, в частности о Герхарде Домагке, но для начала вспомним о Луи Пастере и о его удивительном открытии, связанном с биологическими молекулами. Дело в том, что Пастер обнаружил свойство хиральности, в котором заключается самая суть живой материи.

Возможно, вы правша, но на молекулярном уровне это не так: все аминокислоты во всех белках человеческого организма закручены влево. Более того, практически все белки всех когда‑либо существовавших на Земле форм жизни были исключительно «левозакрученными». Если астробиологам когда‑либо удастся найти микроба на метеорите или, скажем, на спутнике Юпитера, то первым делом они проверят хиральность его белков. Если белки левозакрученные – то не исключено, что в пробирку просто попал земной микроб. Но если они окажутся правозакрученными, то перед нами определенно инопланетная форма жизни.

Пастер обнаружил явление хиральности, так как в самом начале своей научной карьеры стал изучать примитивные живые организмы с химической точки зрения. В 1849 году, когда ему было двадцать шесть лет, Пастера пригласили в одну винодельню и попросили исследовать винную кислоту – безвредный побочный продукт виноделия. Винная кислота образуется в результате взаимодействия виноградных косточек и отмерших остатков дрожжей и кристаллизуется на стенках сосудов с вином. Кроме того, винная кислота, полученная при участии дрожжей, имеет любопытное свойство. Если растворить ее в воде и пропустить через эту жидкость вертикальную полоску света, то луч света отклонится от вертикали по часовой стрелке. Искусственная винная кислота, получаемая промышленным способом, таким свойством не обладает. Вертикальный луч света не отклоняется и остается прямым. Пастер решил выяснить причину этого различия.

Он определил, что наблюдаемое явление никак не связано с химическими свойствами винной кислоты. И природные, и искусственные образцы одинаково вступали во все химические реакции, элементный состав образцов тоже был одинаковым. Пастер заметил одно различие, лишь когда рассмотрел кристаллы под увеличительным стеклом. Кристаллы «дрожжевой» винной кислоты были все, как один, скошены в одном направлении и напоминали крошечные кулачки левой руки. Кристаллы винной кислоты, полученные промышленным способом, были скошены как влево, так и вправо. Заинтригованный Пастер взялся за невероятно кропотливую работу – принялся пинцетом сортировать зернышки не крупнее кристалликов соли на две кучки: правосторонние и левосторонние. Затем он растворил кристаллы из каждой кучки в отдельном стакане воды и пропустил через них луч света. Как и ожидалось, дрожжевые кристаллы преломляли свет по часовой стрелке, а их зеркальные отражения – против часовой стрелки, но на такой же угол.

Пастер рассказал об этих наблюдениях своему наставнику Жану‑Батисту Био, впервые обнаружившему, что молекулы некоторых соединений могут искривлять лучи света. Старик потребовал, чтобы Пастер продемонстрировал ему это явление, и был глубоко поражен тонкостью пастеровского эксперимента. В сущности, Пастер показал, что в природе существуют два типа винной кислоты, отличающиеся исключительно ориентацией своих молекул. Позже Пастер развил эту идею и показал, что молекулы живых организмов со всей определенностью тяготеют к одному виду хиральности.

Позже Пастер признавался, что смог проделать эту блестящую работу лишь благодаря случаю. В молекулах винной кислоты хиральность очень заметна, чего не скажешь о многих других веществах. Кроме того, хотя никто не предполагал наличия связи между хиральностью и вращением света, Пастер воспользовался помощью Био, который продемонстрировал ему опыты с оптическим вращением. Но самое поразительное обстоятельство заключалось в том, что Пастер смог совершить свое открытие во многом благодаря погоде. Готовя искусственную винную кислоту для опытов, Пастер охлаждал ее на подоконнике. Кислота разделяется на левовращающие и правовращающие кристаллы лишь при температуре ниже 26,1 °C. Если бы в ту пору было немного теплее, Пастер так и не открыл бы хиральность. Тем не менее Пастер сознавал, что лишь частично обязан счастливому стечению обстоятельств. Как он любил говаривать, «Судьба одаривает только подготовленные умы».

Пастер оказался достаточно опытным исследователем, чтобы подобная «удача» сопутствовала ему на протяжении всей жизни. Пусть и не первым, он поставил оригинальный опыт с мясным бульоном в стерильных колбах и со всей определенностью доказал, что в воздухе не содержится никакого «живительного элемента», никакого «духа», который мог бы зародить жизнь в мертвой материи. Как ни таинственен этот процесс, но жизнь рождается только и исключительно из элементов периодической системы. Пастер также разработал метод пастеризации, в ходе которого молоко подвергается кратковременному сильному нагреванию, в результате чего в нем погибают болезнетворные микробы. Но наибольшую славу среди современников Пастер снискал за то, что смог спасти мальчика, заболевшего бешенством, с помощью своей вакцины. Этот поступок сделал Пастера национальным героем. Ученый умело воспользовался обретенной славой и употребил свое влияние, открыв в Париже институт, где продолжал развивать свою революционную микробную теорию заболеваний.

Неслучайно в 1930‑е годы именно в пастеровском институте несколько воинственно настроенных ученых открыли, как именно действуют первые искусственно синтезированные лекарства. В результате они, образно говоря, повесили еще один жернов на шею интеллектуальному наследнику Пастера, великому микробиологу своего времени, Герхарду Домагку.

В начале декабря 1935 года Хильдегарда Домагк, дочь ученого, упала с лестницы в доме Домагков в немецком городе Вупперталь. В это время девочка держала в руке швейную иглу. Игла вонзилась ушком ей в руку и обломилась. Врач извлек обломок, но всего через несколько дней Хильдегарда слегла с высокой температурой и сильнейшей стрептококковой инфекцией, поразившей всю руку. Болезнь прогрессировала, и Домагк по‑настоящему испугался, поскольку знал, что такие страшные инфекции часто приводят к смерти. Как только бактерии начинали активно размножаться, ни одно известное лекарство не могло остановить этот процесс.

Правда, одно потенциальное лекарство, все же существовало. Это был красный промышленный краситель, который Домагк уже некоторое время неспешно исследовал в своей лаборатории. 20 декабря 1932 года он ввел подопытным мышам из одного выводка десять смертельных доз стрептококковой инфекции. То же самое он сделал и со вторым выводком. Через полтора часа он вколол мышам из второй группы тот самый промышленный краситель – пронтозил. В канун Рождества 1935 года Домагк, в ту пору еще никому не известный химик, явился в лабораторию, чтобы проверить результаты опыта. Все мыши из первого выводка были мертвы, все мыши из второго – живы.

Это был не единственный факт, занимавший мысли Домагка в часы бдения у постели дочери. Пронтозил – это кольцевая органическая молекула, содержащая атом серы. Оказалось, что это вещество обладает непредсказуемыми свойствами. В то время немцы предлагали довольно странное объяснение бактерицидных свойств красителя, полагая, что вещество убивает микробов, окрашивая их жизненно важные органы в необычный цвет. Но хотя пронтозил и истреблял микробов в организме живых мышей, он нисколько не вредил бактериям при проведении аналогичного опыта в пробирке. Микробы как ни в чем не бывало плавали в красном растворе. Никто не мог объяснить, почему так происходит, и из‑за этого непонимания многие европейские врачи критиковали немецкую «химиотерапию», предпочитая лечить инфекцию путем хирургического вмешательства. Даже Домагк не вполне верил в действенность своего лекарства. В период между экспериментами на мышах и несчастьем, которое случилось с Хильдегардой, уже были проведены пробные испытания препарата на людях, оказавшиеся успешными. Правда, у больных то и дело возникали серьезные побочные эффекты (не говоря уже о том, что пациенты, принимавшие лекарство, становились красными, как раки). Конечно, Домагк был готов рисковать жизнью пациентов в ходе клинических испытаний ради высокой цели, но, когда больна твоя собственная дочь, решиться на такое уже нелегко.

Перед этой дилеммой Домагк оказался примерно в такой же ситуации, что и Пастер пятьюдесятью годами ранее. Молодая мать привела к Пастеру своего сына, так искусанного бешеной собакой, что мальчик едва шел. Пастер вколол ребенку вакцину от бешенства, ранее испытанную только на животных, и мальчик выжил. А ведь Пастер не имел врачебной лицензии, и, если бы вакцина не сработала, он вполне мог оказаться на скамье подсудимых. Если бы Домагк ошибся, это бы означало, что он своими руками убил собственную дочь. Но Хильдегарде становилось все хуже, и отец, вероятно, не мог отогнать от себя мысли о двух мышиных клетках под Рождество: одна кишит снующими туда‑сюда грызунами, а вторая напоминает склеп. Когда врач Хильдегарды заявил, что собирается ампутировать ей руку, Домагк отбросил все сомнения. Нарушив, пожалуй, любые мыслимые исследовательские протоколы, он выкрал несколько доз экспериментального препарата из собственной лаборатории и принялся лечить дочь кроваво‑красной сывороткой.

Сначала Хильдегарде стало только хуже. На протяжении примерно двух недель ее лихорадка то резко обострялась, то отступала. Вдруг, ровно через три года после эксперимента с мышами, состояние Хильдегарды стабилизировалось. Она не только выжила, но и сохранила обе руки.

Домагк ликовал, но сначала не решился рассказать о своем тайном эксперименте коллегам, чтобы не вмешиваться в ход клинических испытаний. Но можно было и не знать об исцелении девочки, чтобы новость о революционном открытии Домагка просочилась в профессиональные круги. Еще бы – ведь он получил первый настоящий антибактериальный препарат. Следует отметить, что в те годы мир уже во многом походил на современный. Уже ходили скоростные межконтинентальные поезда, широко использовалась международная коммуникация по телеграфу. Но люди оказывались под угрозой гибели, подхватив самую обычную инфекцию. С появлением пронтозила возникла надежда, что однажды удастся победить или даже искоренить те неизлечимые болезни, которые косили людей с начала времен. Оставалось только понять принцип действия пронтозила.

Не хочется прерываться, но перед тем, как продолжить рассказ, я должен сделать одну оговорку. Выше я подробно описал «правило октетов», но здесь приходится признать, что из него есть исключения. Пронтозил оказался великолепным лекарством именно потому, что нарушает данное правило. Дело в том, что, когда атом серы оказывается в окружении более требовательных элементов, сера раздает все шесть электронов со своей внешней оболочки и расширяет свой октет до совокупности из двенадцати электронов. В случае пронтозила сера делится одним электроном с бензольным кольцом, одним – с короткой азотной цепью, еще по два электрона достается двум жадным атомам кислорода.

Получается шесть связей, в которых задействованы двенадцать электронов, попробуй управься с такой конструкцией. Ни одному элементу, кроме серы, это не удается. Сера располагается в третьем ряду периодической системы. Ее атом достаточно велик, чтобы принять одновременно больше восьми электронов и удерживать все эти связи на месте. Тем не менее атом из третьего ряда слишком мал, чтобы аккуратно расположить все эти электроны вокруг себя в виде стройной трехмерной структуры.

Домагк был в первую очередь бактериологом и плохо разбирался в такой сложной химии. Поэтому в конце концов он решил опубликовать результаты своих исследований, чтобы другие ученые помогли ему понять принцип работы пронтозила. Но при этом следовало учесть серьезные деловые нюансы. Химический картель, на который работал Домагк, – «ИГ Фарбениндустри» (IGF, та самая компания, которая позже синтезировала газ «Циклон‑Б» на базе разработок Фрица Габера) – уже продавал пронтозил в качестве красителя, но подал заявку на расширение патента, описав в ней медикаментозные свойства пронтозила. Это произошло вскоре после Рождества 1932 года. А когда были получены клинические доказательства того, что препарат можно успешно применять на людях, IGF принялась яростно отстаивать свои права на интеллектуальную собственность. Когда Домагк собрался опубликовать результаты, корпорация вынудила его повременить до тех пор, пока не будет окончательно оформлен новый (фармацевтический) патент на препарат. Из‑за этой задержки и сам Домагк, и компания IGF подверглись критике – ведь, пока адвокаты выясняли отношения, больные продолжали умирать. Затем компания настояла, чтобы Домагк опубликовал свою статью в малоизвестном журнале, выходившем только на немецком языке. Это было сделано, чтобы скрыть от конкурентов свойства пронтозила.

Несмотря на все предосторожности и на то, какие наполеоновские планы были связаны с пронтозилом, препарат «провалился» на рынке. Иностранные врачи продолжали его порицать, а многие попросту не верили, что такое лекарство может работать. Так продолжалось до тех пор, пока в 1936 году препарат не спас жизнь Франклину Делано Рузвельту‑младшему, заболевшему тяжелой формой стафилококковой инфекции. В результате заголовок с упоминанием пронтозила появился на передовице газеты New York Times, а само вещество и его единственный атом серы стали известны во всем мире. Домагк внезапно оказался подобен алхимику, способному озолотить IGF. Тот факт, что принцип действия пронтозила так и оставался неизвестным, казался сущим пустяком. Кого это волновало, если в течение 1936 года продажи пронтозила выросли в пять раз, а в течение следующего года – еще в пять раз?

Тем временем французские ученые из Пастеровского института докопались до статьи Домагка, опубликованной в малоизвестном журнале. В праведном гневе, который в равной мере подпитывался ненавистью к интеллектуальной собственности (ученых раздражало патентное законодательство, препятствовавшее проведению важнейших исследований) и антигерманскими настроениями, французы немедленно принялись за работу, призванную обесценить патент IGF (неприязнь всегда была сильнейшим стимулом для гениальных открытий).

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 был ошеломляющей новостью, причем не только с медицинской точки зрения. Самый важный компонент пронтозила – сульфаниламид – был открыт намного раньше. В 1909 году его даже запатентовала та самая «ИГ Фарбениндустри», но только как краситель. К середине 1930‑х годов срок действия этого патента уже истек. Ученые из Пастеровского института, опубликовав результаты своих исследований, просто торжествовали – ведь они показали всему миру, как обойти патентные права на пронтозил. Разумеется, Домагк и IGF возразили, что ключевым компонентом препарата является именно пронтозил, а не сульфаниламид. Но, когда накопилось достаточно много доказательств обратного, немцы отозвали свои претензии. Компания потеряла миллионы, вложенные в производство лекарства, и, возможно, сотни миллионов потенциальной прибыли – один за другим появлялись конкуренты, производившие другие сульфаниламидные лекарства.

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. 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.

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». Если вы когда‑либо задумывались о том, что же такое жизнь, то, с химической точки зрения, дело именно в хиральности.

Это утверждение Пастера определяло развитие биохимии примерно в течение века. За этот период медицина достигла необычайных успехов в понимании природы болезней. В то же время это утверждение подразумевало, что для достижения основной цели – излечения – нужны хиральные гормоны и хиральные биологические вещества. В конце концов ученые пришли к выводу, что максима Пастера при всей полезности и проницательности подчеркивает и некоторое бессилие самой науки. Когда Пастер предложил разграничить неживую химию (наблюдаемую в химической лаборатории) и живую клеточную биохимию, он одновременно указал, что пересечь эту границу не так‑то просто.

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.

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, а просто образуют молекулы обоих видов. Правда, химию можно перехитрить.

Ноулз догадался применить родиевый катализатор. Катализаторы разгоняют химические реакции до таких скоростей, которые сложно даже представить на бытовом уровне. Некоторые катализаторы увеличивают скорость реакции в миллионы, миллиарды и даже триллионы раз. Родий придает реакциям очень большую скорость, и Ноулз обнаружил, что единственного атома родия достаточно, чтобы придать объем практически бесконечному числу плоских молекул. Поэтому он поместил родий в центр молекулы хирального соединения, создав хиральный катализатор.

Основная сложность заключалась в том, что и хиральный катализатор с родиевым атомом, и взаимодействующие плоские молекулы были очень громоздкими. Поэтому, когда они приближались друг к другу для взаимодействия, они напоминали двух тучных животных, пытающихся спариться. Оказалось, что хиральное соединение может внедрить свой родиевый атом в плоскую молекулу лишь из одного положения. И в этом положении «ноги» и «живот» молекулы будут мешать, поэтому она сможет развернуться в трехмерную структуру лишь в одном направлении.

Из‑за этого маневренность в ходе молекулярного соития сильно ограничивалась, но ведь в реакции участвовал родий, способный радикально ее ускорить. Таким образом, для решения задачи Ноулзу требовалось устранить лишь одну сложную проблему – создать такой родиевый катализатор – и спокойно собирать урожай правильно сориентированных молекул.

Шел 1968 год, когда Ноулз положил начало современному синтезу лекарственных препаратов. Позже, в 2001 году, ученый был удостоен за это Нобелевской премии по химии.

Так совпало, что тем лекарством, которое Ноулз получил на своем родиевом катализаторе, был леводигидроксифенилаланин, или леводопа, известное благодаря книге Оливера Сакса «Пробуждения». В этой книге подробно рассказано, как леводопа в 1920‑е годы пробудила восемьдесят пациентов, у которых в результате длительного летаргического энцефалита (Encephalitis lethargica) развилась тяжелая форма болезни Паркинсона. Все восемьдесят находились на стационарном лечении, многие провели по четыре десятилетия в состоянии помутнения рассудка, некоторые пребывали в непрерывной кататонии. Сакс описывает их так: «абсолютно лишенные энергии, побуждений, инициативы, мотиваций, аппетита, эмоций или желаний… столь же бесплотные, как привидения, столь же пассивные, как зомби… потухшие вулканы».

К 1967 году Сакс достиг больших успехов в лечении леводопой больных, страдающих болезнью Паркинсона. Леводопа является предшественником дофамина – вещества, вырабатываемого в головном мозге. Как и пронтозил, исследованный Домагком, леводопа должна быть «биологически активирована» в организме. Но разделить левосторонние и правосторонние варианты этой молекулы было сложно, и стоимость препарата достигала 5000 долларов за фунт. И вдруг как раз в 1968 году стоимость леводопы начала стремительно снижаться – Сакс не понимал почему, сочтя это событие настоящим чудом. Прорыв Ноулза буквально развязал Саксу руки, он вскоре начал лечить в Нью‑Йорке своих кататонических пациентов леводопой. В своей книге Сакс пишет: «Весной 1969 года, неправдоподобно, неожиданно и непредсказуемо, эти вулканы начали извергаться».

«Вулканическая» метафора очень точная, поскольку не все последствия приема препарата оказались положительными.

У некоторых людей развился гиперкинетический синдром, характеризующийся гиперактивностью, у других начались галлюцинации, третьи стали глодать предметы, как животные. Но эти люди все равно гораздо лучше чувствовали себя в этом состоянии, чем в состоянии овоща. Сакс вспоминает, что члены семей и больничный персонал уже долго считали этих людей «практически мертвыми» и даже некоторые из больных уже ощущали себя умершими. Так еще раз подтвердилось замечание Пастера о живительных свойствах веществ, обладающих нужной хиральностью.

 

Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.