Открытия, которые изменили мир - Джон Кейжу

Слово «простой» применительно к новым антибиотикам может показаться странным, учитывая, сколько их было произведено с 1940-х. Но, как оказывается, самые распространенные сегодня антибиотики открыты в 1950-е и 1960-е. С тех пор фармацевтические компании успели их откорректировать и создать новые химические вариации. Однако, как точно отметил один автор в недавнем выпуске Biochemical Pharmacology, «все так же важно находить новые классы антибиотиков, [поскольку] устойчивые к ним микроорганизмы встречаются все чаще. Если мы не будем вкладывать достаточно средств в открытие и разработку новых классов антибактериальных препаратов, мы легко можем вернуться в те времена, когда антибиотиков еще не было…»

Многие надеялись, что биотехнологии приведут к появлению революционно новых антибиотиков, но пока они обеспечили в лучшем случае небольшой прогресс. Поэтому другие исследователи предполагают, что нам, возможно, и правда придется вернуться в «доантибиотиковые» времена и обратить более пристальное внимание на мир природы и микроорганизмы, которые занимались созданием антибиотиков намного дольше (около полумиллиарда лет), чем человек.

Преодоление резистентности: поиск ответов в прошлом?

Две трети существующих сегодня антибиотиков происходят от бактерий стрептомицет. В связи с этим может возникнуть вопрос: имеет ли смысл продолжать исследовать «природные ресурсы» в поисках новых антибиотиков? Но пока мы увидели только верхушку айсберга.

Насколько же велик этот айсберг? В выпуске Archives of Microbiology за 2001 г. исследователи сделали ошеломляющее заявление. Они выяснили, что стрептомицеты, включающие 500 или более отдельных видов, возможно, способны производить не менее 294 300 разных антибиотиков. Если у вас возник вопрос, как группа одноклеточных организмов может быть настолько продуктивной, вспомните, какие генетические двигатели спрятаны внутри этих крошечных созданий. В 2002 г. другие исследователи объявили в публикации издания Nature, что им удалось раскодировать целую генетическую последовательность видов — представителей стрептомицетов, включающую примерно 7825 генов. Это было самое большое количество генов, обнаруженных у бактерий, и, что еще более удивительно, это примерно треть от количества генов, обнаруженных у человека. При таком изобилии, пожалуй, неудивительно, что эти микробы способны создавать так много различных антибиотиков.

***

В начале 1980-х антропологи обнаружили скелеты древних людей, умерших более 1000 лет назад, чьи останки на удивление хорошо сохранились. В результате исследований, проведенных с помощью флуоресцентного анализа, ученым удалось найти в их костной ткани следы антибиотика тетрациклина и установить, что он мог быть произведен стрептомицетами, присутствующими в пище, которую тогда употребляли люди. Также исследователи утверждали, что тетрациклин в пище мог обусловливать «чрезвычайно низкий уровень инфекционных заболеваний» у людей той эпохи.

Нет, речь не о жителях древних поселений Геркуланума в 79 г. н. э., а о группе суданских нубийцев, живших на западном берегу Нила несколькими столетиями позже, в 350 г. н. э. И источником тетрациклина в их пище были не гранаты и не фиги, а зерна пшеницы, ячменя и проса, которые они хранили в глиняных сосудах. Ученые утверждали, что эти сосуды были идеальной средой для активного размножения стрептомицет, доля которых составляла до 70% бактерий в почве пустынь Суданской Ниберии. Был ли тетрациклин, найденный у древних нубийцев, произведен тем же видом стрептомицет, что и обнаруженный в останках жителей древнего Геркуланума, неизвестно.

Но в этом-то и суть. В эпоху появления резистентности к антибиотикам и развития потенциально смертельных инфекций возможно ли, что этот удивительный род бактерий — источник антибиотиков для древних людей, причина появления десятков антибиотиков, открытых в 1940-е и 1950-е, производитель 2/3 современных антибиотиков и обладающий потенциалом для создания еще около 300 тыс., — пытается что-то нам сообщить?

ГЛАВА 8

Разгадать шифр Бога:

открытие генетики и ДНК

В один прекрасный день на заре цивилизации, на прекрасном греческом острове Кос, в кристально чистых водах Эгейского моря молодая женщина, представительница благородного рода, незаметно проникла через черный ход в храм из камня и мрамора — Асклепион, — чтобы обратиться с просьбой к одному из первых и самых знаменитых в мире врачей. В отчаянной надежде получить совет она смущенно поведала Гиппократу о своей необычной проблеме. Женщина недавно родила мальчика. И хотя он был здоровым и пухленьким, Гиппократу, чтобы поставить диагноз, достаточно было взглянуть на малыша, закутанного в пеленки, и его белокожую мать. Темный цвет кожи младенца красноречиво свидетельствовал о пылкой страсти матери к африканскому торговцу. Если бы информация о неверности получила огласку, разразился бы скандал, сплетни распространились по острову со скоростью лесного пожара, вызвав нешуточную ярость мужа.

Но Гиппократ — знавший о наследственности и генетике ровно столько, сколько мог кто-либо знать в V веке до н. э. — тут же предложил объяснение. Некоторые черты детей действительно могут быть унаследованы от отцов, но не учитывалась концепция «материнских впечатлений». В соответствии с ней, дети могли приобретать черты, возникающие в зависимости от того, на что их матери смотрели во время беременности. А значит, как убедил свою посетительницу Гиппократ, ребенок, скорее всего, приобрел негроидные черты во время беременности, поскольку будущая мать слишком пристально изучала портрет эфиопа, который — так уж вышло — висел на стене в ее спальне.

От загадок к генетической революции

С первых дней цивилизации до завершения индустриальной революции представители разных слоев общества с мужеством — порой граничащим с глупостью — пытались раскрыть тайны наследственности. Даже сегодня мы изумляемся тому, как свойства передаются из поколения в поколение. Кому из нас не знакомо удивление при взгляде на собственного ребенка или родного брата в попытке разгадать, от кого ему досталась та или иная черта: чуть искривленная улыбка, цвет кожи, редкий ум или его отсутствие, перфекционизм или склонность к лени? Кто не задавался вопросом, почему ребенок взял именно эти черты у матери, именно эти — у отца, или почему братья и сестры порой так непохожи друг на друга?

И это только самые очевидные вопросы. А как быть с чертами, которые в одном поколении словно исчезают, а затем проявляются у внуков? Могут ли родители передавать детям черты, «приобретенные» в течение жизни: навыки, знания, даже травмы? Какую роль играет окружение? Почему в каких-то семьях одна и та же болезнь преследует все поколения, а другим достаются крепкое здоровье и невероятное долголетие? И, пожалуй, самый тревожный вопрос: как именно передается «бомба замедленного действия», которая определяет, от чего и когда мы умрем?

Вплоть до XX века все эти загадки можно было обобщить в двух простых вопросах. Контролируется ли наследственность какими-то правилами? И как?

Удивительно, но, даже не понимая, как или почему определенные черты передаются из поколения в поколение, человечество долгое время как-то справлялось с этими загадочными явлениями. Тысячелетиями — в пустынях, степях, лесах и долинах — люди скрещивали разные растения и разных животных, чтобы получить желаемые признаки, а иногда и новые организмы. Рис, кукуруза, овцы, коровы, лошади становились крупнее, сильнее, тверже, вкуснее, дружелюбнее и продуктивнее. Лошадь женского пола и осел мужского пола произвели мула, который был одновременно сильнее матери и умнее отца. Не понимая, как именно это работает, люди использовали наследственность для создания сельского хозяйства — богатого и надежного источника еды, который способствовал подъему цивилизации и преображению человечества из горстки кочевников в миллиардную популяцию.

Лишь в последние 150 лет (а точнее, 60) мы начали в этом разбираться. Поняли не все, но достаточно, чтобы расшифровать базовые законы, разобрать на части, указать саму суть наследственности и применить новые знания, вызвав революционные изменения практически во всех направлениях медицины. И, пожалуй, этот прорыв больше, чем любой другой, похож на медленный взрыв. Открытие наследственности и того, как ДНК, гены и хромосомы позволяют разным характеристикам передаваться из поколения в поколение, — долгая работа, которая во многом еще не завершена.

Даже после 1865 г., когда первый революционный эксперимент показал, что наследственностью действительно управляет набор правил, понадобилось еще больше открытий — от открытия генов и хромосом в конце XIX века до определения структуры ДНК в 1950-е, — чтобы ученые начали понимать, как она на самом деле работает. Полтора века ушло на то, чтобы выяснить, как те или иные черты передаются от родителя к ребенку и как крошечная яйцеклетка без каких-либо характеристик способна вырасти и превратиться в человека с 100 трлн клеток и множеством индивидуальных особенностей.