Книга: Биологически активные

Инсулин

Инсулин

Трудно даже перечислить все научные открытия, которые были сделаны случайно. Колумб поехал осваивать западный путь в Индию – открыл Америку. Ни один из алхимиков, занимавшихся поисками философского камня, так в этом деле и не преуспел, но зато они оставили множество капитальных открытий в других областях.

Про ньютоновское яблоко. Архимедову ванну и ожерелье на шее жены Кекуле (по другим преданиям – приснившийся ему хоровод обезьян) я уж и не вспоминаю. Важно лишь, чтобы исследователь был человеком наблюдательным, постоянно задумывающимся над значением фактов, вроде бы и не имеющих отношения к цели его экспериментов.

В истории открытия инсулина решающую роль сыграла наблюдательность не самих даже ученых, а служителя лаборатории, ухаживавшего за виварием. В конце прошлого века немецкие физиологи О. Минковский и И. фон Меринг занимались изучением регуляции процессов пищеварения; в ходе своих экспериментов удаляли собакам поджелудочную железу. Упомянутый же служитель, убирая клетки прооперированных собак, обратил внимание, что на их мочу слетается множество мух. Факт как будто пустячный, но ученые им заинтересовались, сделали анализы, и оказалось, что в моче собак, лишенных поджелудочной железы, содержится необычайно большое количество сахара.

Все это происходило уже много лет спустя после работ Бертольда и Бернара; сразу же возникла идея, что поджелудочная железа выделяет в кровь («секретирует» на профессиональном жаргоне) какое-то вещество, ограничивающее накопление в крови сахара. Так оно и оказалось.

В 1901...1902 годах Л.В. Соболев показал, что это вещество вырабатывается в особых образованиях в ткани поджелудочной железы – островках Лангерганса. Наблюдение Соболева, важное во многих принципиальных отношениях, имело также два любопытных второстепенных последствия. Во-первых, когда гормон удалось наконец выделить (о чем ниже), его назвали инсулином, от латинского insula – остров. Во-вторых, имя Лангерганса с тех пор кочует из одного учебника биохимии в другой уже более восьмидесяти лет. Никто (ну, скажем, почти никто) из многих тысяч читателей не имеет никакого понятия о том, кто же такой Лангерганс, именем которого названы удивительные островки, сам ли он их открыл или кто-то назвал их так в его честь. Не играй островки Лангерганса столь важной роли (а они ведь секретируют и еще один гормон – глюкагон), конечно, не была бы его фамилия столь популярна среди биологов и врачей всего мира.

Выделить из поджелудочной железы инсулин удалось далеко не сразу. Дело в том, что поджелудочная железа имеет и еще одну важную функцию: она секретирует в двенадцатиперстную кишку сок, содержащий, в частности, пищеварительные ферменты, в том числе знакомые нам трипсин и химотрипсин. Без них невозможен один из важнейших процессов, происходящих при переваривании пищи, – расщепление белков до аминокислот.

Когда по аналогии с опытами Бертольда и Бернара стали готовить вытяжки из поджелудочной железы и пытаться с их помощью понизить содержание глюкозы в крови у панкреаэктомированных собак (с удаленной поджелудочной железой) – ничего не вышло. Не оказывал же экстракт никакого действия потому, что инсулин – белок, и извлекаемые вместе с ним протеолитические ферменты немедленно его расщепляли.

Между тем исследователи, занятые выделением инсулина (точнее – тогда еще безымянного фактора, регулирующего уровень глюкозы в крови), руководствовались не только чисто академическим интересом. Еще сами Минковский и фон Меринг обратили внимание на далеко идущее сходство симптомов, наблюдаемых у их подопытных собак, с проявлениями довольно распространенной болезни – диабета.

Историки медицины находят первые упоминания о диабете еще в трудах врачей I века; дальнейшее его изучение показало, что один из главнейших симптомов диабета – именно выделение больших количеств сахара с мочой, обезвоживание организма. Ткани утрачивают способность усваивать сахар, начинают вместо этого расходовать жиры и белки, наступает потеря веса. При этом окисление жиров сопровождается образованием токсических продуктов – так называемых кетоновых тел; всем известен простейший их представитель – ацетон.

«Сестра милосердия молча откидывает одеяло. Терапевт втягивает ноздрями воздух и поднимает глаза.

– Диабет?

– Откуда вы знаете? – ворчит хирург. – Я, конечно, велел сделать анализ мочи, нет ли в ней крови. Оказалось, что есть и сахар. Вы что, определяете по запаху?

– И обычно не ошибаюсь, – кивает терапевт. – Ацетон всегда различишь. Наша ars medica (искусство медицины. – С.Г.) – на пятьдесят процентов интуиция, голубчик».

Не одинок в этом отношении безымянный терапевт из чапековского «Метеора»; часто приходится слышать рассказы о многоопытных врачах, ставящих диагноз «диабет», лишь только больной присел на стул напротив него и сделал один выдох.

Накопление токсических, кетоновых тел и истощение приводят в конечном счете к смерти больного. Единственная надежда – инсулин. Выделить из поджелудочной железы препарат, содержащий инсулин, удалось лишь тридцать лет спустя после работы Минковского и фон Меринга канадским ученым Ф. Бантингу и К. Бесту. Для этого они применили следующий прием: перевязали проток, выводящий сок поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку. Несколько недель спустя ткани, в которых происходило образование пищеварительных ферментов, распались и экстракт, полученный из таким образом подготовленной поджелудочной железы, уже содержал неразрушенный инсулин (кстати, именно Бантинг и Бест дали гормону это название). Еще одним источником активных экстрактов оказалась поджелудочная железа эмбриона: в ней еще не происходит синтез пищеварительных ферментов (незачем!), а инсулин уже синтезируется.

Ни тот, ни другой метод, конечно, не годился для получения инсулина в практических целях, для нужд медицины, однако работами Бантинга и Беста был намечен путь к освоению получения инсулиновых препаратов из поджелудочных желез скота, заготавливаемых на бойнях. Инсулин стал производиться в больших количествах; подсчитано, что благодаря его широкому применению жизнь нескольких десятков миллионов больных диабетом продлена на годы, часто на десятилетия. Правда, каждый такой больной ежедневно должен получать несколько инъекций «обычного» инсулина или носить особое устройство – дозатор, подающее инсулин в кровь; созданы также препараты инсулина, медленнее рассасывающиеся из места инъекции или более устойчивые к ферментам крови, осуществляющим распад инсулина. Эти препараты можно применять реже.

Инсулину было суждено оставить заметный след в истории современной биологии. Он оказался первым белком, для которого была установлена последовательность чередования аминокислотных остатков (это сделал англичанин Ф. Сэнджер в 1953 году). Оказалось, что он состоит из двух полипептидных цепей (21 и 30 остатков), соединенных друг с другом двумя ковалентными связями через боковые радикалы остатков цистеина, так называемыми дисульфидными мостиками. Эта работа Сэнджера была отмечена Нобелевской премией. Кто-то из известных ученых выразился таким образом, что Нобелевская премия стала чем-то вроде титула «чемпиона мира по науке». Частично это, пожалуй, справедливо, хотя нужно признать, в последние годы у Нобелевского комитета заботы скорее приятные: как не обойти никого из ученых, вклад которых в развитие науки действительно неоспорим. Больше, грубо говоря, эпохальных открытий, чем премий.

Нет, конечно же, гарантий, что о некоторых из ныне премированных вскоре не забудут, и вовсе не по причине того, что премии свои они получили недостойным путем, по линии кумовских связей и т.п. Время – фильтр научных ценностей. И не подлежит сомнению, что нобелевский лауреат Сэнджер (премия 1958 года) успешно этот фильтр миновал. Его результаты, с позиций нынешнего дня, – это уровень дипломных работ или в лучшем случае кандидатских диссертаций, но они знаменовали тогда выход в принципиально новую сферу поиска, послужили связующим звеном нескольких направлений зарождавшейся тогда молекулярной биологии. А среди коллег его до сих пор живо воспоминание о том, как у него спросили на пресс-конференции, что же он сделает со своими лауреатскими деньгами.

– О, моя жена наверняка найдет им какое-нибудь применение, – гласил безмятежный ответ.

На примере инсулина был обнаружен механизм формирования пространственной структуры белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей. Первоначально синтезируется одна цепь, включающая в себя оба компонента будущей молекулы и какие-то соединяющие их участки; в случае инсулина это цепь из 86 остатков – проинсулин. Он не обладает гормональной активностью инсулина: для получения активного соединения необходимо удалить «перемычку», соединяющую две цепи, – пептид из 35 остатков. Это и происходит в островках Лангерганса под действием особых ферментов. Если непосредственно в кровь ввести вместо инсулина проинсулин, это вызовет весьма болезненную реакцию: иммунные системы организма воспримут его как чужеродный белок.

Инсулин оказался также и первым белком, который удалось синтезировать химическим путем. Этого выдающегося результата добилась группа китайских химиков, причем добилась в печальный период «культурной революции»; в сообщении ученых говорилось, что тотальный синтез инсулина был осуществлен благодаря политике «трех больших красных знамен», «большого скачка» и при максимальном использовании идей Мао Цзедуна. Китайские химики всего на несколько месяцев опередили исследователей из США, также синтезировавших инсулин, но по другой схеме.

Наконец, инсулин оказался в числе первых фармакологических препаратов, промышленный выпуск которых был освоен с использованием методов генетической инженерии.