Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

В 1943 г. он выделил из актиномицетов вида Streptomyces griseus новый антибиотик стрептомицин, который обладал широким спектром антимикробного действия. Он оказался весьма эффективным в отношении микобактерий туберкулеза, а также большинства грамотрицательных и некоторых грамположительных микроорганизмов. (Заметим, кстати, что термины «грамотрицательный» и «грамположительный» с единицей массы никак не связаны: они названы так по фамилии датского врача Ганса Христиана Грама, который в 1884 г. изобрел способ различать два вида микроорганизмов по способности только одного вида после специальной обработки окрашиваться красителем.) Стрептомицином лечили бруцеллез, чуму, другие тяжелые болезни, против которых до этого не существовало специфических средств терапии.

Особенно впечатляющим было действие стрептомицина на больных туберкулезным менингитом, который ранее в 100 % случаев заканчивался смертью больного в течение 20 дней. В нашей стране в 1946 г. с помощью стрептомицина впервые была вылечена от этой страшной болезни 9-летняя девочка, причем антибиотик был доставлен самолетом из США. Выздоравливающую девочку в московской клинике посетил и Ваксман. И в этом нет ничего удивительного. Еще в период войны между союзниками – СССР, США и Великобританией – были налажены многосторонние связи по сотрудничеству в медицине. Так, в 1943 г. СССР посетил один из творцов пенициллина Флори с намерением помочь в выпуске антибиотика. Флори был сторонником безвозмездного обмена между союзниками достижениями в области медицины, хотя в правительственных кругах стран-союзниц далеко не все разделяли эту точку зрения.

В 1952 г. Зельман Ваксман был удостоен Нобелевский премии «за открытие стрептомицина – первого антибиотика, эффективно действующего против туберкулеза». Однако в начале 50-х гг. Ваксмана ждал тяжелый удар: его бывший студент и соавтор научных публикаций о стрептомицине Альберт Шац подал на него в суд с требованием «поделиться»; более того, Шац, вероятно, инициировал письмо, направленное в Нобелевский комитет вицепрезидентом Национального сельскохозяйственного колледжа Э. С. Рейнталером, в котором содержалась неслыханная просьба – пересмотреть решение о награждении. В ответном письме президент Нобелевского комитета Х. Бергстранд указал, что многочисленные американские ученые, которым было предложено представить кандидатуры на Нобелевскую премию, назвали Ваксмана и никто из них не назвал Шаца. Любопытно, что Бергстранд написал также о том, что в английском переводе шведского текста с положением о Нобелевских премиях допущена ошибка: если в работе, которая награждается премией, участвовало несколько лиц, то премия не «должна быть», а «может быть» присуждена им совместно…

Широкие исследования почвенных грибов с целью получения антибиотиков были начаты в годы войны и в Москве – в Институте малярии, в лаборатории, которой руководил биолог профессор Георгий Францевич Гаузе. Для лечения раненых необходимо было как можно скорее получить чудодейственный препарат. Жена Гаузе биохимик Мария Георгиевна Бражникова очень ярко описала атмосферу поисков, в которых сама участвовала как сотрудник лаборатории: «Все столы лаборатории были заставлены стеклянными плоскими тарелочками, так называемыми чашками Петри. На других столах были расставлены штативы с пробирками, наполненными землей. Пробы собирали повсюду – во дворах, огородах, на свалках, в лесах и полях Подмосковья. Карманы сотрудников были полны маленькими сверточками с землей. Землю приносили в лабораторию, пересыпали в пробирки и в каждую пробирку наливали немного воды, чтобы получилась земляная каша. В чашки Петри наливали питательную среду, содержащую мясной бульон и сахар. Каплю взвеси, содержащую тысячи опасных микробов (отдельно приготовленных стафилококков), помещали на поверхность застывшей питательной среды, а затем на ту же поверхность наносили каплю земляной каши из пробирки. Засеянные таким образом чашки выдерживали в термостате при определенной температуре. За это время на поверхности студня вырастали десятки различно окрашенных точек – желтые колонии стафилококков вперемешку с желтыми, красными, синими, белыми, прозрачными, круглыми, зубчатыми, бахромчатыми колониями почвенных микробов. Вокруг некоторых колоний почвенных микробов можно было ясно различить „зону пустыни“. Эти почвенные микробы ограждали себя, выпуская в окружающую среду какое-то вещество, которое подавляло все живое».

В 1942 г. из культуры бактерий, обитающих на огородных почвах Подмосковья, был, наконец, выделен в кристаллическом виде первый оригинальный отечественный антибиотик, который назвали грамицидином С. Это название отражает действие антибиотика преимущественно на грамположительные бактерии, а caedo на латыни – «убивать» (этот же корень в словах «пестицид», «бактерицид», «стрептоцид», «геноцид» и др.). Буква же «С» в названии антибиотика означала «советский», чтобы отличить его от «просто» грамицидина, открытого ранее в США. А почвенные бактерии, синтезирующие антибиотик, получили название Bacillus brevis var. G.-B.; последние буквы – признание заслуг Гаузе и Бражниковой. Анализы, проведенные отечественными биохимиками А. Н. Белозерским (будущим академиком, вице-президентом Академии наук) и Т. С. Пасхиной, показали, что грамицидин С – белок. Для установления его строения требовалось очень серьезное химическое исследование. С этой целью в рамках тогдашнего сотрудничества союзников Минздрав СССР в 1944 г. передал образец нового антибиотика в дружественную Великобританию, в расположенный в Лондоне Листеровский медицинский институт. Там им занялся известный биохимик Ричард Синг.

Первые же опыты привели к неожиданному результату: любой белок – это соединенные последовательно с помощью пептидных связей NH–CO молекулы аминокислот. Поэтому с одного конца цепочки в белке должна быть аминогруппа NH2, а с другого – кислотная группа COOH. Так вот, аминогруппы в грамицидине С были, а вот кислотных групп не было! Единственное объяснение этого странного факта заключалось в том, что молекула грамицидина С не линейная, а циклическая, так что концевые группы NH2 и COOH соединяются друг с другом, замыкая кольцо. Присутствие же аминогрупп объяснить было просто, так как некоторые из аминокислот (аспарагин, глутамин, лизин и др.) имеют в молекуле по две аминогруппы.

Когда раствор грамицидина С нагрели в присутствии соляной кислоты, он распался на отдельные аминокислоты. Здесь ученых ждал второй сюрприз: грамицидин С оказался очень простым белком, так как содержал всего пять различных аминокислот (для сравнения – яичный альбумин, основной компонент яичного белка, содержит 20 разных аминокислот, а его молекулярная масса в десятки раз больше, чем у грамицидина). Среди аминокислот, найденных в грамицидине, была очень редко встречающаяся в природных белках аминокислота орнитин – 2,5-аминопентановая кислота H2N(CH2)3CH(NH2)COOH. В орнитине две аминогруппы, одна из которых в белковой молекуле остается свободной. Орнитин – некодируемая аминокислота, для которой природа не предусмотрела своего «шифра» в генетическом коде. Она образуется (одновременно с мочевиной) в результате гидролиза кодируемой аминокислоты – аргинина, входящего в состав белка: HN=C(NH2)–NH–(CH2)3–CH(NH2)–COOH + H2O → H2N–(CH2)3–CH(NH2)–COOH + CO(NH2)2. Присутствие в природной белковой молекуле орнитина было третьим сюрпризом, который грамицидин преподнес ученым. Остальные четыре аминокислоты (пролин, валин, лейцин и фенилаланин) были самыми обычными составными частями природных белков.