Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века - Максим Франк-Каменецкий

Ситуация напоминала ту, с которой врачи столкнулись, когда стали появляться штаммы бактерий, устойчивые к антибиотикам. Мы этой проблемы коснулись в главе 4 в связи с плазмидами. Отличие в скорости возникновения проблемы. В случае бактерий устойчивость к антибиотикам превратилась в серьезную проблему после десятилетий массового применения первого антибиотика, пенициллина. К тому времени были спасены многие миллионы жизней и были найдены новые, более мощные антибиотики, которые пришли на смену пенициллину. В случае со СПИДом устойчивость в АЗТ возникала в ходе лечения каждого больного.

Все же оставалась надежда, что комбинация ингибиторов ревертазы окажется более эффективной, чем один АЗТ, или что удастся найти новые лекарства, атакующие другие ферменты, необходимые ВИЧ для его размножения. Исследователи пошли обоими путями. Был разработан ряд новых ингибиторов ревертазы, отличных от АЗТ. Врачи стали прописывать больным различные комбинации ингибиторов, или, как их стали называть, «коктейли», пытаясь остановить размножение ВИЧ, пока не возникла устойчивость ко всему коктейлю. Успех оставался весьма ограниченным.

Истинный прорыв в борьбе со СПИДом наступил в середине 1990-х годов, когда к коктейлю стали добавлять принципиально новые лекарства – ингибиторы протеаз. В ходе детального изучения процесса развития ВИЧ в клетках больных исследователи столкнулись с необычным способом «созревания» белков оболочки ВИЧ, которые образуют капсулу для генетического материала вируса, молекулы РНК. Эти белки синтезируются на клеточных рибосомах в виде очень длинных полиаминокислотных молекул, представляющих собой тандем из нескольких белковых цепей. Затем специальная вирусная протеаза разрезает эти длинные цепи на отдельные белки. Если протеаза не работает, вирусные частицы не способны к «созреванию». Протеаза была подвергнута детальному изучению. Методом рентгеноструктурного анализа определили ее атомную структуру. После ряда неудачных попыток нескольким группам, работавшим в крупнейших фармацевтических компаниях, удалось разработать специфические ингибиторы протеазы ВИЧ.

В результате врачи получили в свое распоряжение два типа лекарств, которые ингибируют разные, но одинаково критические для размножения ВИЧ ферменты. По отдельности каждое из лекарств действует, но не предотвращает инфекцию ВИЧ. Но когда больные СПИДом стали принимать в течение продолжительного периода большие дозы коктейлей, содержащих разные пропорции обоих лекарств, количество вирусных частиц у пациентов резко снижалось, достигая уровня, когда их невозможно было детектировать. В течение 1996 года это чудо повторялось вновь и вновь с сотнями больных. Впервые такие коктейли применил Дэвид Хо в Центре по исследованию СПИДа в Нью-Йорке. Его успех вызвал такой всеобщий энтузиазм, что в 1996 году доктор Хо был избран журналом Time человеком года.

1996 год и впрямь стал важной вехой в истории здравоохранения. В этот год человек впервые научился побеждать вирусную инфекцию не путем стимулирования средств, созданных самой природой (т. е. иммунной системы), а пустив в ход арсенал мощных методов молекулярной биологии и биотехнологии. При этом исследователи научились бить по самым чувствительным точкам вирусного цикла размножения. Оказалось, что, если подвергать эти чувствительные точки массированной и продолжительной атаке, размножение вируса удается остановить до того, как он успеет защититься от атаки.

Практически в США проблема СПИДа решена. Опустели специальные приюты, где больные должны были провести свои последние дни. В значительной степени проблема СПИДа перешла в плоскость политики, финансов и в особенности образования. Коктейли против СПИДа достаточно дороги, и курс лечения ими очень длинный. Больным в слаборазвитых странах, особенно в Африке, где СПИД стал настоящим бедствием, лечение не по карману. Также большую роль играет низкий уровень сексуальной гигиены в этих странах, что приводит к быстрому распространению ВИЧ. И уж совсем печально, когда руководитель государства, население которого буквально вымирает от СПИДа (речь идет о Южной Африке, где миллионы граждан заражены ВИЧ), подпадает под влияние шарлатанов и начинает отрицать, что СПИД вызывается ВИЧ, как это случилось в свое время с президентом Табо Мбеки. Сейчас главная причина продолжающейся в ряде стран, в том числе в России, эпидемии СПИДа – чудовищное невежество населения нашей планеты в отношении самых элементарных вопросов биологии, медицины и сексуальной гигиены. К сожалению, не существует таблеток, которые могли бы победить эту заразу невежества.

Но вернемся к нашей теме. Среди методов генной инженерии, без которых успехи в борьбе со СПИДом были бы невозможны, один занимает особое место. Этот метод, ПЦР, кратко упоминавшийся нами ранее, совершил в конце ХХ века подлинную революцию в генной инженерии и биотехнологии.

Как ни трудно в этом признаться, но существует только одна-единственная цель, с которой каждый из нас пришел в этот мир: передать свою ДНК следующему поколению. Нет больше абсолютно никакого смысла в нашем существовании. Весьма неприятно осознавать, что наше тело есть не что иное, как оболочка для заключенной в нем ДНК. Нет совершенно никакой разницы, в отношении смысла жизни, между человеком и бактерией, или простым вирусом, или даже плазмидой. С биологической точки зрения люди блуждают во тьме, пытаясь отыскать смысл жизни в культах, религии, музыке, поэзии и в изобразительном искусстве.

Несмотря на то, что цель у всех видов одна, средства ее достижения отличаются радикальным образом. Учитывая примитивность цели, приходится поражаться изощренности и разнообразию средств, которые демонстрирует природа. Однако, если подумать хорошенько, становится ясно, что в условиях жесткой конкуренции за ограниченные ресурсы более примитивные организмы в конечном счете проигрывают более совершенным организмам, не говоря уже о видах. Еще предстоит убедиться в том, достаточно ли совершенен вид Homo sapiens, чтобы его не постигла судьба когда-то многочисленного и могущественного семейства Dinosauria.

Читатель вправе возразить, что приведенные рассуждения справедливы только для уже достаточно сложных организмов типа животных, в то время как совсем примитивные организмы, такие как бактерии, вирусы и плазмиды, компенсируют отсутствие изощренности своей способностью размножаться со страшной скоростью. Это возражение отчасти верно, но только до тех пор, пока такое размножение не причиняет вред людям. Самое изощренное существо на Земле разработало и продолжает разрабатывать мощные средства для истребления вредных микробов. Этот постоянно растущий арсенал средств включает вакцины, антибиотики и различные лекарственные препараты. В предыдущем разделе мы обсудили нашу недавнюю убедительную победу над наиболее коварным врагом, с которым людям пришлось столкнуться, – с ВИЧ.

Хотя на сегодняшний день человеческое тело представляется наилучшей упаковкой, обеспечивающей размножение ДНК, мы все еще являемся свидетелями впечатляющего разнообразия упаковок для ДНК. Двухцепочечная природа ДНК наиболее подходит для быстрого размножения. В самом деле, если мы разведем две ДНКовые цепи и синтезируем комплементарные цепи на каждой из них, то получим две «дочерние» молекулы, идентичные исходной, «материнской» молекуле. Если мы повторим тот же трюк с двумя «дочерними» молекулами, то получим четыре молекулы-«внучки», идентичные их «бабушке». Очевидно, что в n-м поколении мы будем иметь 2n молекул, каждая из которых будет идентична исходной молекуле. Процесс такого рода, ведущий к экспоненциальному росту числа особей, называется цепной реакцией.