Эта всемогущая наука...

Груша с пружиной

А теперь представьте себе большой и светлый зал. Бесшумно работают вентиляторы, на столиках перед собравшимися исходят холодным потом бутылки с прохладительными напитками, а за окнами цепенеют от зноя пальмы. И напряженная, будто стеклянная тишина... Все боятся пропустить даже слово из того, что рассказывают, сменяя друг друга, докладчики. А рассказать им есть о чем — международные конференции по биотехнологии собирают, как правило, корифеев. От науки, бизнеса, медицины. И очень жаль, что далеко не всё из обсуждаемого на такого рода конференциях становится потом достоянием общественности. А ведь если б всю информацию (все же просачивающуюся по самым разным каналам на страницы печати, в радиоэфир и телевизионные программы) о положении, развитии и проблемах этой современной науки хотя бы раз сконцентрировать в каком-либо одном научно-популярном издании, читатель наконец получил бы достоверную картину о том, что именно представляет собой биотехнология наших дней. И наверняка открыл бы для себя, что она, оказывается, давным-давно покорила мир.

Да и какой еще вывод можно сделать, прочитав сообщения вроде тех, что приводятся ниже?

В США ведется разработка технологии производства витамина С с применением рекомбинантных бактерий.

...Фирма Eli Lily (США) проводит исследования, цель которых — создание препарата инсулина, вводимого через нос. Это позволит заменить инъекции инсулина его ингаляцией.

...В США, Великобритании и Бельгии разрешена продажа человеческого гормона роста, полученного на основе рекомбинации ДНК.

...Американская фирма (название следует. — Авт.) разработала метод определения местоположения и размера пораженного участка при некрозе миокарда с помощью моноклинальных антител, соединенных с радиоактивным индием.

...В Японии создан заменитель человеческой кожи, эффективный при лечении ожогов.

...Американские эксперты прогнозируют расширение ассортимента косметических средств за счет новых продуктов биотехнологии.

...Только в промышленно развитых капиталистических странах 25 миллионов человек страдают диабетом, и число этих больных, вероятно, будет увеличиваться. Применение биотехнологического способа получения инсулина позволит устранить имеющийся дефицит этого препарата...

...Человеческий инсулин, производимый фирмой Eli Lilly с помощью рекомбинантных бактерий F. coli (кишечной палочки), полученных фирмой Genentech, весной этого года начнет продавать в Японии фирма Shionogi and Co. Центральный фармацевтический совет при Министерстве здравоохранения Японии дал разрешение на импорт и продажу препарата. Объем продажи генно-инженерного инсулина, по оценке указанной японской фирмы, составит в начальной фазе 2 миллиарда иен в год.

Что, потрясающе? Согласен. Однако наберитесь еще немного терпения.

...В США одобрен препарат ростового гормона человека, полученный фирмой Genentech с помощью рекомбинантных бактерий. Он применяется для лечения детей, страдающих замедленным ростом. Одновременно с разрешением на продажу этого препарата. Управление по контролю качества пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств США (ФДА) наложило запрет на препарат натурального ростового гормона в связи с тем, что есть подозрения в возможности его опасного загрязнения. Натуральный гормон, извлеченный из трупов, продавался в США по цене 45 долларов за миллиграмм. Цена генноинженерного гормона на 10 долларов меньше.

...15 тысяч американских детей нуждаются в лечении ростовым гормоном, но препарата, экстрагированного из трупов, хватало менее чем для трети больных. Стоимость лечения каждого больного природным гормоном — 6—10 тысяч долларов. Помимо США, разрешение на продажу генноинженерного гормона роста человека получено в Великобритании и Бельгии, где его будет продавать по лицензии фирмы ОепептесЬ шведская фирма Кabi — Vitrum.

Стоп! Обратите внимание на характер следующей информации.

...Американская фирма (следует название. — Авт.) обратилась в ФДА за разрешением на клинические испытания генноинженерного гормона роста человека. Фирма считает, что ее препарат имеет преимущество перед препаратом фирмы Genentech, поскольку аминокислотная последовательность в его молекуле полностью соответствует строению природного ростового гормона, а у препарата Genentech она отличается по одному из аминокислотных остатков.

...В качестве лечебного средства при хирургических операциях и ожогах большое распространение может получить фактор роста эпидермы. По крайней мере, уже две американские фирмы ведут работу по получению рекомбинантных продуцентов этого вещества. Японские исследователи синтезировали ген, кодирующий фактор роста эпидермы, и клонировали его в бактериях кишечной палочки. Указанный фактор составляет 10 процентов белка биомассы рекомбинантных бактерий. Предполагают, что фактор роста эпидермы идентичен урогастрону — гормону, который может оказаться полезным при лечении язвы желудка, так как он обеспечивает снижение секреции желудочных ферментов и способствует росту тканей.

Вот какого рода информацию мог бы приносить нам ежедневно некий специализированный печатный орган, «запрограммированный» на биотехнологические проблемы и новости.

А теперь выберем среди бесконечного потока сообщений о делах, открытиях и достижениях биотехнологии всего одно. Ну хотя бы то, в котором говорится о синтезировании ростового гормона человека. И попытаемся сообща разобраться, что именно, какие медицинские, человеческие, Социальные проблемы таятся за сухой констатацией факта. Для чего нам вновь придется обратиться к помощи литературы художественной. И на сей раз к приключенческой. Но вовсе не замысловатый сюжет повести Еремея Парнова «Ларец Марии Медичи» привлек наше внимание к ней.

Дело здесь в ином, во вполне банальной жизненной ситуации, в которой по воле автора оказываются главные герои. Их, как и положено, двое — он и она, Вера Фабиановна и Лев Минеевич. Она — высокая, властная и по сей день замечательно красивая старуха, он — маленький, пухленький старичок с детскими ручонками. И тот и другой не раз и не два задумывались на склоне лет, почему же, собственно, так и не соединились их судьбы? А виной тому была так, безделица, совсем пустячок — маленький рост Льва Минеевича.

Стоит ли дальше рассуждать по этому поводу? Или и так всем все понятно?

Между тем беде Льва Минеевича, появись он на свет лет эдак на 65 попозже, вполне можно было б помочь. По крайней мере, искусственно синтезируемый соматотропин (гормон роста), продуцируемый в организме гипофизом, важнейшей железой эндокринной системы, сегодня — реально существующий препарат. И, как очевидно из вышеприведенной информации, производство его весьма доходное, а сам он — предмет коммерции многих фирм, занимающихся сбытом биотехнологической продукции.

Мужчина в очках стреляет из лука в женщину

Но будем объективны. «Открытие» соматотропина произошло задолго до XX столетия. Правда, врачи и алхимики средневековья не предполагали, какое именно активное начало содержится в экстракте, приготовленном из железы, что расположена у самого основания черепа. Но зато они знали, как из него сделать экстракт и как с его помощью вырастить чудовищно гигантских крыс.

Экспериментировали с гипофизом и в XIX столетии, а в XX веке гипофизы умерших или погибших по разным причинам людей стали для медиков и фармакологов единственным источником соматотропина, с помощью которого они возвращали нуждающимся в помощи детям, в некотором смысле обделенным природой, высокий рост. А вместе с ним — красоту и уверенность в себе.

Но курс лечения долог и эффективен только при наличии нужных количеств дефицитного гормона. Под словами «нужных количеств» здесь имеются в виду вполне конкретные цифры: полный курс лечения, обеспечивающий мальчику или девочке нормальное развитие, предполагает такое количество соматотропина, которое в состоянии наработать 100—150 человеческих гипофизов. А где их столько взять?

Ну зачем же так категорично ставить вопрос, возможно, поправит меня читатель, ведь никто не запрещает специалистам воспользоваться гипофизами животного происхождения, они ведь тоже продуцируют соматотропин.

В том-то и дело, что человеку нужен только человеческий гормон роста. Препарат животного происхождения (точнее, выделенный из гипофиза крупного рогатого скота) ему не подходит, поскольку гормон роста — видоспецифический.

Правда, как и во всяком правиле, здесь тоже есть исключение. Крыса, например, на соматотропин любого происхождения реагирует как на свой собственный, столь пластична и легко приспособляема ее природа.

Но человек — не крыса; его «любой» гормон не устраивает. Значит, уповать приходится только на чужую беду. Вот почему до недавнего времени все производство натурального соматотропина основывалось на экстрактах, приготовленных из трупных гипофизов.

Так могли ли не сетовать медики на непреодолимость видового барьера, тем более что и естественный соматотропин не всегда оказывался идеально подходящим. Недаром же среди информации, предшествовавших нашему разговору о соматотропине, есть и такая: «...ФДА наложило запрет на препарат натурального ростового гормона в связи с тем, что есть подозрения в возможности его опасного загрязнения».

Здесь-то (в какой уж раз!) и пришла на помощь исследователям биотехнология, предложившая фармакологии и медицине «наработать» своими методами столь дефицитный гормон.

А как же знаменитая видеоспецифичность соматотропина, которую, как говорилось несколько выше, и не обойти и не объехать? Если она — камень преткновения на пути использования в медицине гипофиза крупного рогатого скота, так вряд ли уступит свои «позиции» и бактериям?

Дело-то как раз в том, что ей никому и ничего уступать не придется, потому что молекула бактерии и молекула человеческого гормона роста имеют общий фрагмент, отвечающий за ее биологическую активность, — так называемый кор (мы уже встречались с аналогичным случаем на протяжении нашего рассказа. Помните участок, отвечающий за наработку одной из незаменимых аминокислот: о нем говорилось в первой части книги). И если бы удалось каким-либо образом вырезать, отщепить этот самый кор в человеческой молекуле, пересадив его затем в геном бактерии, то она начала б продуцировать человеческий соматотропин.

Но ни отщепить, ни вырезать кор не удалось. Химические реакции, пользуемые в таких случаях исследователями вместо скальпеля и ножниц, употребляемых в хирургии, лишь дробили соматотропин, а осколки его не давали практически никакой ростовой активности.

И кто знает, как, по какому пути направилась бы в дальнейшем, пытливая мысль исследователей, если б к тому времени уже не существовало знаменитого метода Меррифилда — твердофазного синтеза белков. Вспомните, ученый «пришивал» к поверхности твердого носителя собираемые в определенной последовательности аминокислоты полипептидов.

Этот прославленный метод и на сей раз сослужил науке добрую службу. Хотя работа в данном случае предстояла совсем не из легких, ведь требовалось соединить в единую цепь все 191 аминокислоту молекулы гормона человеческого роста.

Но, как известно, то, что пройдено раз одним человеком, может быть повторено другим. Тем более что со времени Р. Меррифилда твердофазный метод претерпел некоторые усовершенствования. Его теперь осуществляют и без участия человека.

Делается это так: в специальный синтезатор, представляющий собой автоматизированное устройство по производству белка, загружаются нужные реактивы, в микропроцессор вводят необходимую информацию о последовательности «сборки» аминокислот, и через несколько дней исследователь оказывается счастливым обладателем необходимого ему для эксперимента белка.

Именно для эксперимента. Я не оговорился. В индустриальных масштабах к искусственному синтезу белков с помощью автоматизированных устройств пока что практически и не приступили. Такая «задержка» с освоением промышленных способов их синтеза объясняется сразу несколькими причинами.

Во-первых, синтезатор производит пока что весьма скромные количества человеческого гормона роста.

Во-вторых, сколь ни совершенны современные микропроцессоры, но и они допускают ошибки при реализации программы сборки аминокислот. И чем длиннее их цепи, чем сложнее синтезируемый белок, тем больше ошибок накапливается в ней, в силу чего «на выходе» из синтезатора оказывается продукт, весьма загрязненный ненужными примесями. Так что очистка полученного белка сама превращается в сложную проблему.

Другими словами, рукотворный синтезатор пока не идет ни в какое сравнение с естественным, природным синтезатором — живой клеткой, в котором белки производятся по аналогичной схеме, а вот ошибки исключаются вовсе. Ведь в клетке без устали трудится, не зная ни смен, ни вахт, собственное ОТК — самоконтроль.

Вот почему по точности и эффективности с клеткой-производством не может сравниться ничто на свете — в ней молекула управляет молекулой.

Так снова на повестке дня появилась чисто биотехнологическая идея — вернуться к возможностям живого синтезатора — клетке. Уж ее-то «микропроцессор» не допустит ни малейшего отклонения от заданной программы, поскольку вся наследственная информация клетки закодирована в ДНК — нитевидной, скрученной в двойную спираль молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты. Код каждой отдельной аминокислоты «знает» свой триплет — комбинацию из трех нуклеотидов ДНК — трех «букв» генетической азбуки, а обе цепи ДНК соответствуют друг другу как негатив соответствует позитиву. И это тоже понятно, ведь четыре нуклеотида ДНК способны к специфическому связыванию между собой, образуя две взаимодополняющие друг друга цепи.

С чего же начинается в живой клетке синтез белка? С того, что ген — единица наследственной информации, представляющий собой конкретный участок ДНК, принимает на себя роль матрицы, на которой синтезируется информационная, или матричная, рибонуклеиновая кислота — мРНК. Как только это свершается, наступает время следующей ступени биосинтеза, получившей в науке «имя» трансляции — ив рибосомах (особых субклеточных частицах) в соответствии со структурой мРНК синтезируется молекула белка.

Но теперь мРНК становится ненужной, ведь она осуществила свою транспортную функцию? — невольно напрашивается вопрос.

Совершенно верно. «Мавр сделал свое дело, мавр может уйти», и мРНК расщепляется на фрагменты, которые при следующей транскрипции, осуществляемой клеткой, вновь могут быть использованы. Недаром молекулы мРНК очень часто сравнивают с перфокартой, вложенной в станок или в машину с программным устройством, а рибосому — с тем самым станком или машиной, работающей в строгом соответствии с закодированной на перфокарте информацией. Так что ошибки полностью исключаются.

Так, в чем же, казалось бы, дело? Самый рациональный и безошибочный синтезатор известен — живая клетка, система обучения ее продуцированию нужного белка — соматотропина — разработана (об этом уже говорилось чуть выше: в ДНК кишечной палочки нужно внедрить человеческий ген, отвечающий за наработку гипофизом ростового гормона), остается только этот ген «изъять» из клетки и приступить к конструированию нужного нам механизма. Но все дело в том, как именно извлечь нужный ген. Только его, и никакой другой, а он ведь в ДНК не один.

И вновь пришлось воспользоваться тем, что ранее уже было понято и найдено — уникальной способностью раковой клетки к бесконтрольному размножению, а значит и бесконечно интенсивной наработке белка.

Распознать степень клеточной активности несложно. Если в клетке наличествует в больших количествах мрНК — значит, синтез белка идет активно. А поскольку речь в эксперименте шла о наработке соматотропина, то взяли крохотный кусочек опухоли гипофиза. Затем с помощью специальных веществ ее разрушили, вплоть до распада мРНК, и из капельки образовавшейся жидкости выделили очень чистую мРНК.

Разумеется, и само выделение мРНК, и очистка вещества от всевозможных примесей — все это сложные процессы, требующие и навыков и знаний. Так или иначе, но в руках исследователей оказался раствор чистой мРНК, а это уже равнозначно получению слепка с «ключа», открывающего заветную дверь. Таким ключом в клетке, как вы помните, может быть только ДНК.

Человек в клетке

К счастью, имея слепок, получить ключ совсем не трудно, поскольку существует фермент ревертаза. С его помощью быстро и споро с мРНК снимается копия ДНК. И вот теперь в пробирке экспериментаторов оказывается, наконец, ДНК.

Однако процесс еще далек от своего завершения, поскольку ДНК, находящаяся в пробирке, состоит из одиночных цепей, в то время как в гене каждая ее цепь соединяется с соответствующей (комплементарной) цепью. Но синтез последней — специальность другого фермента. Так называемой ДНК-полимеразы. И когда наконец с его помощью синтез комплементарной цепи произойдет, в дело вступит еще один фермент, у которого своя обязанность — убрать ставшие ненужными одно-цепочные участки ДНК.

Вот теперь можно сказать, что таинство действительно свершилось, потому что в пробирке, наконец, искомое вещество — чистая двухцепочная ДНК. А иными словами — желанный ген соматотропина.

Однако его в пробирке чрезвычайно мало. И потому ни о каком практическом использовании этого вещества не может быть и речи. Его еще нужно наработать, произвести в гораздо больших объемах. Делают это так: с помощью целого ряда тончайших генетических манипуляций ген «встраивают» в плазмиду. Подробности проведения таких операций вам знакомы еще по первой части этой книги, Да и конечный результат эксперимента теперь вы уже тоже можете предвидеть: как только плазмида окажется «дома», то есть в цитоплазме родной клетки, ген человеческого ростового гормона начнет в ней активно размножаться.

Размножаться-то он, конечно, начнет, но и только. А нужно, чтобы он «приказал» клетке запустить механизм продуцирования соматотропина. А вот этого он как раз и не может сделать, ведь у него отсутствуют необходимые для этого сигнальные элементы.

Отсюда вывод — их нужно дать гену. Для чего прежде всего хорошо бы выяснить, почему в процессе вышеназванных манипуляций в пробирке оказался ген соматотропина, не совсем идентичный вырабатываемому организмом?

Дело в том, что, подобно некоторым другим гормонам, соматотропин продуцируется в человеческом организме в «облике» белка-предшественника, так называемого прегормона. И только расщепляясь в гипофизе, становится, наконец, активным соматотропином. Так что пока в заветной пробирке — всего лишь ген предшественника соматотропина — прегормона.

Вот почему даже в случае активации такого гена никакого соматотропина не получить, ведь клетки кишечной палочки, в которую теперь он по воле ученых вписан, не обладают в отличие от гипофиза даром расщепления прегормона. Все, на что способен находящийся в пробирке ген, это продуцирование белка.

Но ученые ставили перед собой, как вы помните, иные цели. Их задачей было и осталось получение ростового гормона человека — соматотропина. Так что ничего не поделаешь, но ген просто необходимо подвергнуть еще нескольким операциям, избавив таким образом его от тех лишних аминокислот, наличие которых и отличает прегормон от гормона полноценного. Отрезок ДНК, кодирующий ненужные, лишние в данном случае аминокислоты, находится в самом начале гена, что значительно упрощает работу исследователей. Чтобы избавиться от «балласта» в гене, им понадобилось только «откусить» с помощью фермента нуклеазы несколько «букв»-нуклеотидов от конца молекулы. А в итоге они стали обладателями целого набора генов разной длины, среди которых только один (!) кодировал молекулу соматотропина. Его извлекли из полученной смеси и заставили в союзе с кишечной палочкой нарабатывать соматотропин. Нужной чистоты и в нужных количествах.

Более подробно о завершающей части работ по получению синтетического гормона роста человека микробиологическим методом, осуществленным группой научных сотрудников сразу нескольких институтов под руководством академика А. А. Баева, было рассказано советской прессой так: «Из плазмид Е. coli с помощью фермента рестриктазы был выделен участок ДНК — промотор, сигнализирующий о необходимости начинать считывание информации, записанной в последовательности нуклеотидов гена. Затем с помощью фермента лигазы промотор был «сшит» с геном соматотропина, этот уже вполне работоспособный фрагмент встроен снова в плазмиды, плазмиды внедрены в клетки кишечной палочки, придав им способность синтезировать гормон роста. После этого обыкновенная кишечная палочка оказывалась необыкновенно активным продуцентом соматотропина человека — на его долю приходится значительная часть всех синтезируемых ею белков. В результате из одного литра культуры бактерий удается выделить столько гормона роста, сколько его можно получить из 50 гипофизов».

Разумеется, вы познакомились лишь с самой краткой схемой работ, осуществленных по синтезу соматотропина. Причем, ученые разных стран, принадлежащие к разным школам, научным направлениям и лабораториям, по-разному реализуют некоторые ее части, модернизируя и совершенствуя их в полном соответствии с собственным видением проблемы и существующими конкретными условиями данного научного учреждения.

Полученные препараты различны по чистоте, эффективности, а значит, и по-разному оцениваются на международном экономическом рынке. Конкурентная способность биотехнологического препарата — вот что сегодня определяет скорость, объемы его промышленного производства и широкого использования в самых разных сферах хозяйственной деятельности человека.

Но было б глубоким заблуждением считать, будто соматотропин — замечательный препарат организменного происхождения — способен оказывать помощь только детям, нуждающимся в активизации их гипофиза по продуцированию гормона роста. Отнюдь. При всей важности данной медицинской проблемы целенаправленное использование его — всего лишь небольшой аспект его применения. Ведь гормон роста убыстряет восстановление тканей, а значит незаменим при лечении ожогов, переломов костей, ран. Он способен многократно усиливать обменные процессы в организме, а значит, открывает надежды и перспективы в восстановлении полноценного синтеза белков, костного мозга, усиления кроветворной деятельности. И не только.

С познанием возможностей человеческого соматотропина открываются и совсем иные перспективы использования синтетических гормонов роста животных. По крайней мере, опыт зарубежной, а теперь уже и нашей практики, убеждает в том, что, используя соматотропин животного или синтетического происхождения, вполне реально получать гораздо больше сельскохозяйственной продукции, В том числе основной — мяса и молока.

Среди великого множества проблем, решаемых современной медициной, есть и проблема сепсиса. Вечная, как само человечество, и неразрешимая даже в век антибиотиков. Сепсис пожинает свою страшную жатву в госпиталях и больницах всех стран мира, не щадя новорожденных младенцев и глубоких стариков, людей зрелых и едва начинающих жить. Не располагая данными о смертности по причине госпитальной инфекции в нашей стране, скажу, что США ежегодно «откупается» от нее 75 тысячами жизней. Нередко тех самых, что отвоеваны перед этим с помощью хирургических и медикаментозных средств.

Однако сказать, что в упорной борьбе с сепсисом применялись (и применяются) только ксенобиотики — значит исказить правду. Достижения иммунной биотехнологии давно поставили на вооружение клиник, госпиталей и больниц антитела животного происхождения. И та же объективность требует сказать, что, к сожалению, применение их далеко не всегда ведет к выздоровлению человека, а сами антитела чаще всего просто отторгаются иммунной системой больного, воспринимающей их как «чужаков», вторгшихся в охраняемые ею пределы.

Правда, антитела животного происхождения появились в медицинской практике еще до эпохи генетической инженерии. А использование их чаще всего оказывалось вынужденным. В ситуациях, столь критических, что ухудшение состояния больного уже немногое бы изменило в его судьбе, а улучшение — гарантировало б жизнь.

Кардинально исправить сложившееся положение могло только чудо. И оно, если не свершилось, то, по крайней мере, явилось. Во вполне конкретном материальном облике — в виде чистых моноклональных антител человека.

Этот научный подвиг совершили ученые Медицинской школы Станфордского и Калифорнийского (Сан-Диего) университетов, впервые получившие клетки, продуцирующие чистые человеческие антитела.

Работа протекала по известной и широко пользуемой сегодня в иммунологии и биотехнологии схеме. Сначала экспериментальному животному (в данном случае мыши) вводится антиген, который тотчас стимулирует в организме размножение В-лимфоцитов. Затем эти лимфоциты выделяют, сливают с раковыми (здесь — миелом-ными) клетками — и получают гибридомы. Одну из них клонируют и нарабатывают с ее помощью в неограниченных количествах чистые моноклональные человеческие антитела.

Если говорить о причинах и подробностях проведения эксперимента, то решение проблемы обретает вполне конкретные черты, за которыми просматриваются вполне конкретные человеческие судьбы. Дело происходило так.

В одной из клиник, являющихся базовыми Калифорнийского университета (Сан-Диего), погибали от тяжелого онкологического заболевания, поражающего кроветворные органы, двое мужчин. Практикующим врачам, к сожалению, хорошо известны клинические проявления этой болезни: изнуряющее, непрекращающееся носовое кровотечение, остановить которое чрезвычайно сложно. Надежд практически ни у больных, ни у врачей не было никаких. Вот тогда Н. Тенг и Г. Каплан — одни из авторов метода получения чистых моноклональных антител человека — и решились на последнее средство.

Сначала они вакцинировали умирающих мутантным штаммом кишечной палочки. Селезенок у этих больных к тому времени уже не было — их удалили, дабы попытаться остановить безудержное размножение раковых клеток. Поэтому следующим этапом работы стало выделение из каждой селезенки В-лимфоцитов, образующих антитела против поверхностного эндотоксина бактериальных клеток. А затем их (лимфоциты) слили с гетеромиеломными клетками (полученными заранее, опять же путем слияния человеческих и мышиных миеломных клеток) — и искомая гибридома оказалась в распоряжении исследователя.

Едва «родившись», она тотчас приступила к своим пожизненным обязанностям — продуцированию человеческих антител. Ведь других она просто не может нарабатывать, поскольку ген, с которым произошло в свое время слияние миеломных клеток, взят у человека, а значит, и кодирует наработку только человеческих антител.

Но почему все-таки именно с появлением чистых моноклональных человеческих антител связывают медики свои надежды на победу над сепсисом?

Да потому, что первопричина этого опаснейшего заболевания — грамотрицательные бактерии, а вернее их эндотоксин. А препарат, полученный американскими учеными, прекрасно нейтрализует его действие. Это лекарство, опять же организменного происхождения, как бы фиксирует опасный яд, образуя с ним целостный комплекс в определенном участке молекулы эндотоксина. Что это за участок, с помощью каких химических реакций «возводится» только что упомянутый загадочный комплекс?

Ответов на эти вопросы наука пока еще не знает. Но лабораторная проверка препарата успешно завершается, экспериментальные животные успешно противостоят сепсису, что внушает серьезную надежду на реальную победу над затянувшимся веком госпитальных инфекций. И если это произойдет, будем считать, что еще одно «обыкновенное» чудо, из тех, что ежедневно созидаются в лабораториях всех стран мира, свершилось.

Но заметьте, в отличие от достижений всех прочих наук о результатах в области иммунной биотехнологии начинают говорить и писать задолго до того, как исследовательские работы завершатся. Их готовы запустить в практическое дело, взяв, как говорится, чуть ли не из-под рук экспериментаторов — слишком велика заинтересованность в них и науки и общества.

А теперь вообразите: среди многочисленных пациентов Национального института рака (США) двадцать пять человек приговорены жестокой болезнью к смерти. Они прошли (или на них испробовали) сквозь все тернии, неизвестные здоровым людям, мужественно перенесли операцию, послушно подверглись лучевой и химиотерапии, но, увы, напрасно... И оттого слова: попробуем, пожалуй? — уж не вселяют в них надежды. Соглашаются они на очередной курс лечения скорее от отчаяния, да еще, пожалуй, из вежливости. Не хочется огорчать врача, так много для них сделавшего.

Но идут дни, недели... Из 25 добровольцев, рискнувших испытать на себе новое средство, одиннадцати становится гораздо лучше: злокачественные образования уменьшаются почти вдвое. Оживающий организм тоже включается в работу, всемерно помогая загадочной, но могущественной силе, пришедшей ему на помощь.

Но здесь, собственно, и нет никакой загадочности, так как сущность метода, с помощью которого С. Розенберг и его коллеги попытались победить рак, сводится все к той же активизации иммунной системы с помощью «допингов» организменного происхождения.

На сей раз в его роли выступает вещество, выполняющее посредническую роль в иммунной защите, а сама стратегия лечения рака основывается на новейшем представлении о взаимодействии «всех родов войск» той армии, что стоит на страже нашего здоровья.

Вот они все, названные «поименно»: лимфоциты (белые кровяные тельца, поражающие патологические клетки); антитела (белки, молекулы которых, связавшись с клетками-мишенями, специальным образом их метят, дабы обречь на уничтожение другими); макрофаги (опять они! — пожиратели чужеродных частиц); и, наконец, лимфокины (вещества, секретируемые лимфоцитами, главная их задача — интенсифицировать работу иммунной системы по уничтожению клеток).

Что же предпринимает С. Розенберг с соратниками в надежде спасти обреченных людей? Они выделяют из крови больных лимфоциты, активируют их лимфокином (известным под названием интерлейкин-2) и вводят эти клетки пациенту. Предварительно еще раз обогатив полученную смесь все тем же интерлейкином-2. Вот теперь можно считать, что противоопухолевая активность иммунной системы достигла высшего предела.

И действительно, в развитии ракового процесса наступает перелом. У одних больных вовсе прекращается воспроизводство злокачественных клеток, у других этот процесс заметно идет на убыль.

Но, считает сам С. Розенберг, «для оценки нового метода в медицинской практике данных пока недостаточно».

К тому же, добавим, существует одно весьма серьезное обстоятельство, по которому в ближайшее время широкого распространения нового метода пока что не предвидится — он слишком дорог. Ведь далеко не у каждого пациента Национального института рака есть на банковском счету несколько десятков тысяч долларов, а именно в такую сумму сегодня выливается противораковый курс лечения.

Есть и другие, но не менее серьезные причины, в силу которых использование нового метода затруднено. Так, например, медики, да и сам С. Розенберг, всерьез опасаются побочных последствий столь массированного применения интерлейкина-2. И нужно сказать, что эти опасения базируются на фактах трагических» Так, у двоих больных, казалось бы, уже пошедших на поправку в результате курса лечения, неожиданно начался тяжелейший отек легких. Их с трудом вывели из критического состояния. А один из пациентов скончался сразу после завершения «интерлейкинного» курса.

В общем, метод еще требует серьезного совершенствования и столь же серьезных клинических испытаний.

Но почему бы не попробовать применить в ракотерапии не только интерлейкины, но и некоторые другие лимфокины? Тот же интерферон, например. Ведь он — мощный стимулятор деятельности макрофагов и лимфоцитов, а они прицельно точно уничтожают раковые клетки. Кстати, в свое время Дж. Гуттерман, являющийся одновременно сотрудником больницы Андерсена и Онкологического института в Хьюстоне, с успехом применил так называемый α-интерферон для лечения очень редкой формы злокачественного заболевания — волосоклеточного лейкоза. Однако против рака легких, ободочной кишки, поджелудочной и предстательной желез тот же интерферон оказался бессильным.

Но ведь никто и не рассчитывает на то, что вдруг, однажды отыщется некий препарат, пусть даже высочайшей специализации, как это свойственно всем веществам организменного происхождения, помогающий сразу от всех форм рака.

Такого просто не может быть, поскольку каждая форма рака — это и каждый раз новая болезнь, протекающая по своим, только ей присущим законам, в соответствии с индивидуальными особенностями физиологии пораженного ею человека.

И если интерферон не помогает при каких-то конкретных формах онкологических заболеваний, значит, «пули», которыми он расстреливает болезнь, в силу неизвестных пока науке причин меняют траекторию полета, не достигая цели, растрачивают по пути к ней всю заложенную в них антираковую энергию. А может быть и другое. Ну, например, почему б не предположить, что на этот род лимфокина у раковых клеток есть свое специфическое «противоядие»?

Конечно, можно попытаться усилить антираковую деятельность конкретных лимфокинов. Так, из практики онкологических клиник сегодня уже известно, что тот же интерферон проявляет себя гораздо эффективнее в сочетании с уже известным читателям этой книги ФНО — фактором некроза опухоли, открытым, как уже говорилось выше, Л. Олдом из Центра по изучению рака Слоана-Кеттеринга.

Напомню, ФНО — не что иное, как белок активированных макрофагов, и чрезвычайно токсичный для раковых клеток. Л. Олд нисколько не сомневается в том, что все успехи С. Розенберга достигнуты благодаря тому, что под влиянием интерлейкина-2 в некоторых клетках крови и в периферических сосудах образуется все тот же ФНО.

Нужно сказать, что в современной онкологии все более отчетливо проявляется и другая линия исследования. Суть ее сводится к использованию в лечении злокачественных заболеваний моноклональных антител, прицельно точно направленных против антигенов опухолевых клеток. И хотя еще никто не смог экспериментально подтвердить высказываемое приверженцами данного метода мнения о том, что моноклинальные антитела способны доставлять в раковую опухоль, минуя здоровые клетки, эндотоксины, радиоактивные изотопы и прочие вещества, ее разрушающие, сама по себе идея представляется чрезвычайно заманчивой.

Разумеется, «освоение» лимфокинами глобальных онкологических направлений происходит чаще всего методом проб и ошибок. И нужно сказать, что в очень редких случаях удача приходит к исследователю сразу, как говорится, с первой попытки. Об одной из таких удач журнал «В мире науки», приобретший в нашей стране после того, как он стал издаваться на русском языке, многочисленных читателей, рассказывает:

«X. Копровски из Вистаровского института анатомии и биологии обрабатывал моноклональными антителами макрофаги, взятые у больного, и вводил эти клетки обратно тому же пациенту. По его мнению, моноклональные антитела активируют макрофаги и направляют их деятельность против опухолевых клеток. Почти у половины из трехсот пациентов с метастазирующими опухолями (поджелудочной железы, желудка, кишечника) после такой процедуры наблюдалось уменьшение опухоли. Делались попытки применить моноклональные антитела и сами по себе для лечения лимфомы, лейкоза и меланомы. Антитела не убивают раковую клетку непосредственно, а, по-видимому, активируют другие компоненты иммунной системы — лимфоциты, макрофаги или же систему комплемента (каскад белков, который разрушает клетки, отмеченные антителами)».

Одним словом, лимфокины все настойчивее стучатся в двери клиник... А как их там примут, зависит от успехов иммунной биотехнологии.

Но почему все-таки путь в практику любого препарата внутреннего происхождения, как правило, оказывается чрезвычайно трудным, а главное — на редкость долгим? Потому, что при всех успехах, достигнутых человечеством на медицинском поприще, мы все еще чрезвычайно мало знаем о собственном организме, особенностях его развития и функционирования. Да и то, что известно, нуждается в постоянном совершенствовании и непрерывном переосмыслении.

Взять хотя бы историю создания и применения такого эффективного препарата, как интерферон. Более трех десятилетий минуло с тех пор, как А. Айзеке и Дж. Линдеман установили сенсационный факт: клетки позвоночных животных, инфицированных вирусом, выделяют в межклеточную среду неизвестный прежде науке фактор. Если такой фактор ввести здоровым, не инфицированным клеткам, то они обретут противовирусную устойчивость и окажутся в состоянии противостоять, то есть интерферировать, ему. Отсюда и название препарата — интерферон.

Его сегодня широко пользуют врачи и экспериментаторы многих стран мира. Но даже такое широкое распространение препарата отнюдь не означает, что «открытие» его завершилось. Познание интерферона продолжается и по сей день, и он не перестает удивлять исследователей все новыми качествами и свойствами.

Да и может ли быть по-другому, ведь интерферон — продукт клеточного происхождения, а они, вероятно, так никогда и не будут изучены до конца, поскольку каждая из них представляет собой целый мир.

А процесс познания любого мира, живущего по своим законам, правилам и нормам, по сути дела, бесконечен. Вот почему, хотя со времени первого испытания интерферона на человеке (1981) прошло немало лет, он все еще нуждается в совершенствовании.

Но что такое интерферон?

Ответ на этот вопрос прозвучал, казалось бы, более трех десятилетий назад. Причем вполне однозначно: белок, продуцируемый клетками в ответ на вторжение инфекции. Но вот проходит не так уж много времени, и выясняется, что это 'вовсе не один белок, а целое «семейство». Причем белки одного вида отличны от «родственников» других видов, входящих в состав «семейства», а нередко различие наблюдается и внутри вида. Но раз так, то можно ль говорить, что открытие интерферона состоялось?

Думаю, что нет. Мы и сегодня не знаем всех механизмов его взаимодействия с клеткой. Или взять такую особенность этого белка, как видоспецифичность, — здесь та же история, что и в случае с соматотропином. Для каждого вида организмов необходим свой, ему лишь присущий препарат этого вида, в данном случае — интерферон.

Пройдет еще несколько лет, и выяснится, что и эта истина весьма относительна, потому что организм животного одного вида способен продуцировать сразу несколько интерферонов. И у каждого из них — свой спектр действия, свои обязанности перед организмом и свои возможности их реализации.

Человек в халате заводит человека в черном костюме

Если говорить об интерферонах человека, то они а представлены сразу тремя классами белков. Но кто знает, не потребуется ли в недалеком будущем переосмысливание и этого утверждения, поскольку интерфероны одного класса не синтезируются клетками одного типа. Так что даже сегодня сказать, как долго сохранится принятое представление о номенклатуре этих белков, довольно трудно.

Но пока их обозначают так: α-интерферон лейкоцитарного происхождения; β-интерферон — фибробластный, то есть соединительнотканный, γ-интерферон — иммунный.

Конечно, науке уже многое известно о природе интерферона. Скажем, ту же его видоспецифичность она объясняет тем, что, в отличие от антител, интерферон взаимодействует не с врагом, вторгшимся в пределы организма, а с клеткой, которую он защищает. И потому сигналом для синтеза интерферона может служить только момент появления в ней (в подопечной клетке) информационного материала вируса — его ДНК или РНК. Как только это произошло, интерферон тотчас получает сигнал к началу синтеза. И он спешит, в свою очередь, оповестить о происшедшем вторжении другие клетки организма, дабы нападение не застало их врасплох, для чего связывается со специальными рецепторами на поверхности этих клеток.

И все — запуск механизма наработки сразу нескольких защитных белков, из которых, кстати, идентифицированы пока немногие, произведен. Мы и о функциях известных белков, кстати, тоже знаем далеко не все. А о многих процессах, осуществляемых с их помощью, можем только догадываться. Ну, например: каким именно образом помогают они клетке обрести стойкость, как противостоят вирусу, блокируя его размножение и выход из клетки образовавшихся вирусных частиц?

Одним словом, вопросов у этой проблемы больше, чем ответов. Но почему в таком случае производство человеческого интерферона и его использование в медицинской практике год от года расширяются?

Потому что вред от применения препарата внутренней, клеточной природы практически исключен, а польза ожидается большая, даже в случаях применения неочищенного интерферона, как это было в первые годы после его открытия. К тому же, здравоохранение всех стран интересуют не только противовирусные достоинства интерферона, но и его способность стимулирования биологических процессов клетки.

Вот почему с тех пор, как стало ясно, что интерферон способен подавлять пролиферацию (неограниченный рост) клеток, активизировать иммунную систему, в частности, лимфоциты (клетки-убийцы), неуклонное наращивание его производства было предрешено. А те «болезни», что наличествовали на первых этапах промышленного выпуска интерферона, были сродни тем, которыми «переваливают» в период становления и завоевания рынка сбыта все препараты организменного происхождения: интерферон оказался дорог и недостаточно чист.

По сути дела, полупромышленные установки по его производству выпускали не интерферон, а смесь нескольких белков, в составе которой на его долю приходилось менее одного процента. Но были клиники, были больные, и было известно, что, по данным многих исследователей, интерферон способен подавлять рост раковых опухолей. И потому все его «недостатки» гасились предполагаемыми возможностями, связанными с реализацией этих качеств препарата в практической медицине.

О том, как бурно развивалось производство интерферона и сколь решительно отвоевывал он себе место «под солнцем», можно судить, сопоставив всего лишь два таких факта: первая полупромышленная установка по выпуску интерферона начала работать еще в 1960 году, а в 1980 в Хьюстоне (США, Техас) был учрежден так называемый Фонд интерферона. Огромные средства, пожертвованные в него всемирно известными биотехнологическими компаниями и частными лицами, жизненно заинтересованными в увеличении объемов выпуска и совершенствовании препарата, создали возможность для осуществления работ по совершенствованию интерферона.

В рамках комплексной целевой программы «Биотехнология» к синтезу интерферона методами генетической инженерии вскоре приступили и в нашей стране. Руководил исследованиями академик Ю. А. Овчинников. Как именно начинался советский интерферон, рассказывает член-корреспондент АН СССР Е. Д. Свердлов. «Боюсь, что я вряд ли твердо знал, что такое интерферон, когда наш директор Юрий Анатольевич Овчинников в середине 1980 года вызвал меня и сказал: «Женя, надо сделать интерферон человека генной инженерией. Это очень серьезная проблема». Но как?

В общем виде я представлял себе, что надо делать. Прежде всего требуется получить ген, кодирующий интерферон. Для этого надо взять клетки человека, выделить из них информационные РНК (иРНК), получить с помощью фермента обратной транскриптазы комплементарные этим иРНК молекулы ДНК (кДНК), соединить кДНК с молекулами ДНК-векторов и ввести полученные рекомбинантные ДНК в бактериальные клетки. Далее, те бактериальные клетки, в которые проникли рекомбинантные ДНК, можно поместить на твердую питательную среду. Клетки начнут размножаться, каждая даст потомство, и в том месте, куда она попала вначале, вырастет нечто, очень напоминающее шляпку гриба масленка. Одна шляпка состоит из миллионов совершенно одинаковых бактерий — потомков исходной прапрапра-родительницы. Это потомство называют клоном, саму операцию такого размножения клеток — клонированием, а сумма всех клонов, в которую входят почти все кДНК, соответствующие множеству разных иРНК, синтезируемых клеткой, носит название библиотеки кДНК. В каждом клоне представлен только один тип кДНК. И вот в этой библиотеке нужно будет найти именно те клоны, где содержится запись об интерфероне. Их должно быть очень мало, так как среди множества информационных РНК в клетке на долю иРНК интерферонов приходится, наверное, десятые, а то и сотые доли процента».

Одним словом, работа предстояла гигантская, и в первую очередь необходимо было найти подходящие бактерии и проанализировать невероятно большое количество бактериальных КЛОЕОВ. Делается это с помощью метода гибридизации клонов со специально синтезированными олигонуклеотидами, комплементарными иРНК интерферона. Затем из бактерий, выбранных для гибридизации, извлекают рекомбинантные плазмиды и расщепляют их с помощью специальных ферментов — эндонуклеаз рестрикции.

Именно так были получены штаммы, содержащие гены интерферона, потом эти гены извлекли, а их последовательность проанализировали. И только один из всех отобранных генов был использован при создании штамма-продуцента.

Но чтобы такой ген начал функционировать в бактерии, как до того он работал в организме, его нужно было перестроить in vitro, потому что бактерии не умеют превращать белок-предшественник, который кодирует ген, в зрелый белок. Вот почему и понадобилось «обучить» ген кодированию полноценного белка, минуя промежуточную стадию.

Так был создан у нас в стране генноинженерный интерферон, заменивший собой препарат, изготовляемый прежде только из донорской крови. Он дешев, надежен и общедоступен — и по цене, и по наличию в аптеках. Это тоже одно из достоинств нового препарата, само появление которого в клинической практике стало своеобразным памятником столь рано ушедшему из жизни Ю. А. Овчинникову, считавшему, что возможности биотехнологии безграничны. «Нам надо держать высокие темпы, — не раз повторял ученый, — ибо здесь легко отстать».

Та же мысль красной нитью проходит через все статьи и публичные выступления другого выдающегося советского ученого, иммунолога с мировым именем Р. В. Петрова, сочетающего в себе талант исследователя с даром организатора. Сейчас иммунология, говорит он, раздвинула свои границы. И, значит, без лидера не обойтись. Надо уметь концентрировать силы и разумно использовать их для достижения цели. А в качестве примера такой высокоэффективной работы ученый называет советские исследования в области медиаторных молекул. «Мы, — говорит академик, — в Советском Союзе к этой работе подключились с задержкой и тем не менее, сконцентрировав силы, сумели впервые в мире обнаружить и исследовать пептидные медиаторы костного мозга — миелопептиды. Более того, удалось создать на их основе лечебный препарат миелопид... По инерции у нас нередко называют приоритетным такое направление, где мы отстали и надо срочно догонять. Но, ставя перед собой задачу только бы догнать, так и будешь плестись сзади. Приоритетные направления там, где мы вышли вперед или имеем шансы вот-вот сделать это. Вспомним хотя бы исследования раковых антигенов, начатые академиком Зильбером и продолженные профессорами Абелевым и Татариновым.

Другой, более близкий мне пример — искусственные антигены, синтетические вакцины. Не все участки природного антигена равноценны, лишь некоторые из них активны, они и определяют иммунный ответ. Чтобы организм отреагировал на возбудителя той или иной инфекции, достаточно одного-двух пептидов. А современные вакцины — это смесь, где есть и нужное, но еще больше ненужного. И вот, оказывается, можно с тем же и даже с большим успехом вводить заранее изолированное действующее начало. Или даже синтезированное. Мы сделали и следующий шаг, присоединив активный участок к полимеру, превратив его тем самым в работающую молекулу. Так удалось превратить слабые антигены в сильные, приучить к выработке антител те организмы, которые генетически к этому не способны».

«Новое — каждый день» — не такой ли девиз избрала биотехнология символом своего развития? Но сколь ни обширен и разнообразен характер поступающих сообщений о достигнутых ею успехах, проследить основные показатели опережающего по сравнению с другими направлениями научно-технического прогресса, развития все же можно. Их определяет в первую очередь острая потребность развивающейся отрасли в квалифицированных специалистах. Так, к 1990 году в биотехнологическую промышленность США придет не менее чем пятитысячное пополнение инженеров; появятся вакансии для специалистов, работающих по проблемам технологии обработки промышленных стоков, химических методов очистки продуктов биотехнологии, упаковочных систем, контрольно-измерительных приборов. А на проектирование и строительство специализированных предприятий в ближайшие десять лет США затратит до 6 миллиардов долларов.

Кадры и экономическое стимулирование — вот в чем остро нуждается современная биотехнология, в том числе и советская.