Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Хуже того, тот препарат, который некогда спас жизнь дочери Домагка, превратился в опасное модное лекарство. Люди принимали сульфаниламиды от боли в горле и насморка, и вскоре препарат стали считать настоящим эликсиром. Всеобщий ажиотаж привел к гнусной афере: жадные до наживы американские дельцы решили подзаработать и стали торговать сульфаниламидами, подслащенными антифризом. За несколько недель от этого средства умерли сотни людей, что еще раз доказывает: когда речь заходит о панацеях, человеческая доверчивость не знает границ.

Кульминацией микробиологических исследований, начатых Пастером, стало открытие антибиотиков. Но не все болезни имеют бактериальную природу; многие из них связаны с гормональными или биохимическими нарушениями. Современная медицина начала борьбу с болезнями такого рода лишь после того, как специалисты принялись исследовать другую замечательную биологическую находку Пастера – явление хиральности. Вскоре после того, как Пастер высказал свое замечательное мнение о судьбе и подготовленных умах, он сделал еще одно важное наблюдение. Пусть и не столь выразительная, эта фраза заставляет задуматься о чудесах, так как ею Пастер пытается ответить на вопрос: благодаря чему жизнь становится живой? Выяснив, что на самом глубоком уровне жизнь связана с хиральностью, Пастер предположил, что «хиральность – это единственная четкая демаркационная линия, которую мы сегодня можем провести между химией и биохимией»[96]. Если вы когда-либо задумывались о том, что же такое жизнь, то, с химической точки зрения, дело именно в хиральности.

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[97].

После катастрофы с талидомидом перспективы создания хиральных лекарств казались призрачными, как никогда. Но в то самое время, когда общественность оплакивала калек, один химик из Сент-Луиса по имени Уильям Ноулз принялся экспериментировать с малоизвестным элементом родием. Ноулз работал в сельскохозяйственной компании Монсанто, которая выделила ему собственную исследовательскую лабораторию. Ноулз пошел дальше Пастера и доказал, что в руках достаточно умного биолога «мертвая» материя вполне может оздоровливать живую.

Ноулза заинтересовала плоская, двухмерная молекула, которую он хотел «надуть» и сделать трехмерной. Дело в том, что левосторонняя разновидность этой молекулы могла стать средством для лечения заболеваний мозга, например болезни Паркинсона. Самая сложная задача заключалась в том, чтобы обеспечить правильную ориентацию молекулы. Здесь следует отметить, что плоские объекты не могут быть хиральными. Представьте себе копию вашей правой ладони, вырезанную из картона. Достаточно ее перевернуть – и она станет копией левой ладони. Хиральность возникает лишь по оси z. Но неодушевленные химические вещества, участвующие в реакции, «не понимают», как обеспечить нужную нам хиральность[98], а просто образуют молекулы обоих видов. Правда, химию можно перехитрить.

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»[99].

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.