Путешествие в страну микробов - Владимир Бетина

Образование подобных веществ характерно и для бактерий. Так, уксуснокислые бактерии применяются при производстве витамина С. Основным сырьем для его получения служит глюкоза, которая химическим путем превращается в соединение, называемое сорбитом. Затем сорбит при помощи уксуснокислых бактерий превращается в сорбозу, а из нее уже химическим путем получают витамин G.

Редкие стероиды

Эргостерин принадлежит к группе химически сходных веществ, называемых стероидами. К ним относятся и некоторые важные гормоны. В организме человека и животных гормоны образуются в железах внутренней секреции, из которых они переносятся к месту действия циркулирующими в теле жидкостями. Недостаточное или чрезмерное образование гормонов в организме всегда ведет к различным нарушениям физиологических процессов. Познав природу и функцию гормонов, человек стал применять их в качестве лекарственных препаратов.

В 50-х годах значительно увеличился спрос на стероидные гормоны из коры надпочечников, которые применяются при ревматических заболеваниях суставов, а также при различных воспалительных процессах, аллергиях, кожных и глазных болезнях. Кроме того, они используются в качестве анестезирующих средств и противозачаточных препаратов. Некоторые половые гормоны применяются и при лечении рака.

Спрос на стероидные гормоны постоянно возрастал. Только в США за 1961 год их было продано на 150 миллионов долларов. Но получать их приходилось из органов животных и при этом очень трудоемким способом. Поскольку в природе существуют более дешевые химически близкие стероиды, ученые пытались использовать эти источники для получения редких лекарств. Основной проблемой было изменение молекулы более доступного природного сырья: в положение, обозначаемое химиками цифрой 11, необходимо ввести еще один атом кислорода. А это оказалось нелегким делом.

Американский химик Л. Саррет в 1946 году опубликовал сообщение о результатах своих исследований. Он хотел получить гормон кортизон из дезоксихеловой кислоты, содержащейся в желчи. Для «перемещения» атома кислорода из положения 12 в положение 11 ему потребовалось осуществить более десяти сложных химических операций. Кроме того, для преобразования молекулы дезоксихеловой кислоты в молекулу кортизона требовалось провести тридцать две химические реакции, причем каждая из них влекла за собой потерю половины предшествующего промежуточного продукта. В результате из 600 кг исходного сырья — сравнительно дорогой дезоксихеловой кислоты — он получил всего 938 г кортизона, то есть выход конечного продукта составлял менее двух десятых процента.

Гидроксильная группа, присоединяемая микробами в положение 11 при получении гидрокортизона

На помощь пришли микробиологи. Им уже давно были известны микроорганизмы, изменяющие стероидные соединения. Некоторые из них могут ввести в молекулу стероида атом кислорода как раз в положение И, то есть осуществляют процесс «11-бета-гидроксилирования». Химики с большой радостью приняли помощь микробиологов. Вместо 32 химических операций для получения гидрокортизона теперь достаточно всего нескольких стадий. При этом одну из важнейших для преобразования молекул реакций осуществляют микроорганизмы.

Лекарство из яда

Еще на клинописных табличках, относящихся к 600 году до н. э. (Ассирия), было записано, что хлебные зерна бывают заражены каким-то ядом. В Средние века в Европе было несколько вспышек загадочных эпидемий, которые унесли тысячи человеческих жизней. В одну из эпидемий эрготизма в 994 году во Франции погибло около 40 000 человек. Через сто лет после этого был основан монашеский орден, члены которого обязаны были заботиться о больных эрготизмом… Вернемся еще раз к знаменитому Парацельсу, провозгласившему, что «все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна только доза делает яд незаметным». Спорынья появляется в результате поражения хлебных злаков грибом Claviceps purpurea. В продолговатых черных зернах таится и смерть и спасение!

Немецкий врач Лоницер уже в конце XVI века упоминал о том, что повивальные бабки применяли «эргот» как средство, ускоряющее роды… Но это было единственным лечебным использованием спорыньи. В XIX веке врачи применили ее и в других целях. Чем же объясняется, что иногда спорынья бывает причиной смерти, а иногда излечивает?

Химики сделали целый ряд открытий. Они постепенно выделили из зерен спорыньи загадочные соединения, относившиеся к обширной семье веществ растительного происхождения, известных под общим названием алкалоидов. Оказалось, что спорынья содержит пеструю смесь алкалоидов, которые химики по мере выделения называли эрготоксином, эрготинином, эрготамином, эргоновином…

Среди ученых, занимавшихся исследованием алкалоидов, выделялась группа щвейцарских химиков во главе с Штоллем. Они доказали, что алкалоиды спорыньи имеют общий «химический знаменатель»: в основе их структуры лежит вещество, названное ими лизергиновой кислотой. Оно являлось таким же «ядром молекулы», как и 6-аминопенициллановая кислота, используемая в настоящее время для получения полусинтетических пенициллинов.

Таким «ядром», к которому химики стали присоединять самые различные «радикалы», стала илизергиновая кислота. При этом были получены новые алкалоиды, отличающиеся разнообразным биологическим действием.

Гофман, один из коллег Штолля, пережил приключение с невеселым началом, но, к счастью, благополучно закончившееся. Работая с одним из «искусственных» производных лизергиновой кислоты, зарегистрированным в дневниках лаборатории под шифром ЛСД-25, он случайно лизнул капельку препарата… Через несколько часов его отвезли в психиатрическое отделение больницы, так как, по мнению близких, Гофман сошел с ума. Врачи констатировали симптомы, схожие с теми, которые появляются при шизофрении… Через несколько дней Гофман вернулся в лабораторию вполне здоровым.

На собственном опыте он убедился, что ЛСД-25 вызывает галлюцинации. Американский ученый Корнфелд, также изучавший производные лизергиновой кислоты, позднее писал: «… меньше чем четверти килограмма соответственно дозированного ЛСД-25 было бы достаточно для временного превращения всех восьми миллионов жителей Нью-Йорка в шизофреников».

Препарат ЛСД-25, который сейчас, помимо всего прочего, применяется и при лечении алкоголизма, оказывает сильное и глубокое действие на центральную нервную систему. Некоторые люди, и таких немало, тайно «поклоняются» этому наркотику, занимаясь по существу самоубийством. Круг замкнут! Из яда (спорыньи) мы получили ценнейшие лекарственные средства (алкалоиды), которые в руках безответственных торгашей становятся источником баснословных прибылей, а в руках людей слабых и развращенных — средством собственной гибели.

Между тем исследование алкалоидов спорыньи продолжалось. Микробиологи «научили» их продуцента, Claviceps purpurea, расти и в лабораторных условиях, так же как когда-то заставили продуцентов антибиотиков вырабатывать эти ценные лечебные препараты в промышленных масштабах. Лизергиновую кислоту в настоящее время можно получить и из другого вида гриба — С. paspali, который обладает еще большими потенциальными возможностями, чтобы стать «промышленным микробом».

Интересна история алкалоида эфедрина. Вначале его получали из китайского кустарника ма хуанг (эфедры, хвойника), о лечебных свойствах которого китайцы знали уже тысячи лет. Но после первой мировой войны немецкий биохимик К. Нёйберг при помощи дрожжей преобразовал бензальдегид в соединение фенилгидроксипропанон, из которого позднее, применив всего одну-единственную химическую реакцию, химики получили эфедрин. Так из дешевого бензальдегида фармацевтическая промышленность получает теперь ценный алкалоид. Процесс может быть выражен такой упрощенной схемой:

Этот рассказ можно было бы продолжить, ведь теперь известны и другие алкалоиды, полученные из микробов. Возможно, что во многих лабораториях нас ждут новые неожиданности…

В производстве алкалоидов микроорганизмы могут быть использованы и как косвенные помощники. Например, выход алкалоидов из головок мака можно увеличить, если головки предварительно инфицировать некоторыми микроскопическими грибами, частично их разлагающими. При этом лучшие результаты даст химическая экстракция алкалоидов.

22. Микробы, пиво и вино

Я пью шампанское из этого бокала

За тех, чьи кости от Ла-Манша до Байкала

Покоятся в земле, чтоб больше не восстать.

Ночей не хватит мне над ними причитать.

Я пью шампанское — не кровь, как пьют иные;