Продолжаем нашу «нобелевскую серию». Нобелевскими лауреатами по химии в этом году стали американский физик Джон Гуденаф, британский химик Стэнли Уиттингем и японский химик Акира Есино за развитие литий-ионных батарей. Иначе говоря, наградили за конкретную технологию, плодами которой пользуется огромная часть населения планеты.
Что же, подобное случалось и раньше: первым в истории нобелевским лауреатом по физике стал Вильям Рентген за открытие икс-излучения, без которого трудно представить современную медицину, да и в других отраслях оно используется широко. Но то физика, а были прецеденты в номинации «химия»?
Я бы отнес к таковым премию 1923 года за открытие инсулина. Кстати, исследования этого гормона отмечались «Нобелем» трижды, а сама история вопроса – очень характерный пример, того как научные решения конвертируются в технологии, без которых мы сегодня не представляем жизни.
И не удивительно. Веками слово «диабет» звучало как приговор. Жизнь заболевшего обычно ограничивалась семью-восьмью годами. После чего он умирал – от различных осложнений и от истощения, вызванного безуглеводной диетой, которую тогда было принято прописывать больным диабетом.
Ситуация изменилась 1921 году, когда и канадский биохимик Фредерик Бантинг и шотландский профессор медицины Джон Маклеод получили первую порцию специального белка – инсулина и доказали, что это он регулирует уровень сахара в крови. Для Бантинга причиной начать исследования в этой области стала личная трагедия: в 1919 году от диабета скончался друг его детства. Талант ученого плюс сильная мотивация позволили ему пройти путь от постановки задачи до ее решения всего за три года.
Впрочем, канадец начинал не на пустом месте. Еще в 1869 году немецкий патологоанатом Пауль Лангерганс-младший обнаружил в поджелудочной железе скопления секреторных клеток (их так и назвали – «островки Лангеранса») и установил, что они как-то связаны с уровнем сахара в крови и моче, и соответствено, с развитием диабета. Спустя несколько лет это подтвердили экспериментально: у собаки удаляли поджелудочную железу и наблюдали все симптомы сахарного диабета — резкий подъем уровня сахара в крови и моче.
После этого врачи пробовали кормить пациентов с диабетом свежей поджелудочной железой животных или экстрактами из нее. Но результата это не давало. Сейчас уже понятно почему - поджелудочная железа в случае нарушения ее целостности просто переваривала инсулин. Но тогда о существовании этого гормона еще не было известно.
Бантинг тщательно изучил опыт предшественников, а затем, ему, как и Менделееву, приснилось решение проблемы. Вскочив среди ночи, он записал: «Перевязать протоки поджелудочной железы у собак. Подождать шесть-восемь недель. Удалить и экстрагировать».
Следующим шагом был поиск средств на проведение исследований (фондов, раздающих гранты на постоянной основе, тогда фактически не было). Бантингу удалось найти способ лучше, он сумел заинтересовать своей идеей крупного специалиста по диабету, этнического шотландца, бывшего в то время профессором университета в Торонто Джона Маклеода. Так он получил возможность пользоваться самой продвинутой физиологической лабораторией в Канаде. Там, вместе с лаборантом Чарльзом Бестом, они впервые выделили инсулин, затем удалили собаке поджелудочную железу и ввели гормон. Собака продолжала жить, а значит, исследования шли по верному пути.
Далее надо было подтвердить результаты на людях. Строгих протоколов клинических исследований тоже еще не было и потому уже 11 января 1922 года им предоставили первого настоящего пациента, четырнадцатилетнего Леонарда Томпсона. После курса инъекций инсулина, диабет перестал прогрессировать, мальчик начал прибавлять в весе.
В 1923 году авторы исследования получили свою Нобелевскую премию. Правда в их составе произошли изменения: в числе лауреатов оказался Маклеод, но не было Чарльза Беста. В прошлый раз я отмечал, что награждение премией порой сопровождается серьезными скандалами. И это был как раз такой случай. Сначала Бантинг хотел демонстративно отказаться от премии вообще. Друзья отговорили его от такого выпада, тогда ученый отдал (и позаботился о том, чтобы об этом узнали все) половину премии Бесту и во всех публичных выступлениях (включая Нобелевскую церемонию) подчеркивал его роль в открытии инсулина.
В том же году фармацевтическая фирма Eli Lilly and Company приступает к промышленному производству инсулина под торговой маркой «Илетин». Производство инсулина для диабетиков на глазах превратилось в серьезную индустрию.
Поскольку уровень сахара в крови практически одинаково регулируется у всех млекопитающих, инсулин стали вырабатывать от домашних животных – в основном от коров и свиней. Но не все было гладко: иногда инъекции провоцировали страшные аллергии, кожа в месте укола начинала гноиться, появлялись болезненные утолщения. Сегодня мы знаем причину - белковая цепочка человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты, свиной отличается от человеческого на одну аминокислоту, а коровий инсулин – на три.
Но чтобы установить это, ученым пришлось проделать немало работы. Для начала, Фредерик Сенгер сумел определить точную последовательность аминокислот, образующих молекулу инсулина (так называемую «первичную структуру»). Эту работу тоже отметили Нобелевской премией по химии в 1958 году (Сенгер остается единственным в истории дважды нобелевским лауреатом по химии). Спустя десятилетие Дороти Кроуфут-Ходжкин с помощью метода рентгеновской дифракции определила пространственное строение молекулы инсулина. Её работы также отмечены Нобелевской премией.
Теперь было известно, как устроен гормон, чем инсулин животных отличается от человеческого, что и объясняло нежелательные побочные эффекты. Еще одним недостатком такой технологии получения инсулина была высокая себестоимость. Фактически, для его выделения приходилось разводить и умерщвлять большое количество крупного домашнего скота. И с распространением диабета периодически возникали ситуации дефицита инсулина.
Наука смогла решить и эту задачу, причем эта история является одним из первых коммерческих проектов в области биотехнологий, поэтому она достойна более подробного рассказа.
В 1976 году в Сан-Франциско встретились известный (в относительно узких окологенетических кругах) ученый-биолог Герб Бойер и пока малоизвестный даже среди финансистов специалист по венчурным фондам Боб Соунсон. Их встреча, проходившая в теплой атмосфере пивного бара (учитесь правильно проводить переговоры!) вылилась в идею основания первой в мире биотехнологической компании. С названием решили не заморачиваться и окрестили фирму Genentech.
Выбор первого продукта для продажи тоже был недолгим. Технология рекомбинантной ДНК (одним из авторов которой и был Бойер) позволяла внедрить в бактерию ген, ответственный за производство определенного белка. Значит, надо выпускать модифицированные штаммы бактерий, производящие белок, имеющий рыночную стоимость. Такой, как инсулин.
Только в США тогда было 8 миллионов диабетиков и всем им требовались регулярные инъекции инсулина. Рынок был очень заманчивый и это сумели понять не только основатели Genentech. В Гарварде примерно такие же мысли посещали профессора биохимии Уолтера Гилберта. И в 1978 году в Женеве он вместе с коллегами из Эдинбургского и Цюрихского университетов провели переговоры с банкирами, результатом которых стало появление компании Biogen, которая также в качестве первого проекта сделала ставку на производство инсулина. Теперь стоял вопрос о том, кто первый выдаст на рынок готовый продукт.
А для этого надо было решить ряд очень непростых задач, первая была связана с интронами - некодирующими фрагментами ДНК: у человека они есть, а у бактерий нет. И если наши клетки научились вырезать их, чтобы они не мешали синтезу белка, то бактериям не было в этом нужды. До тех пор, пока биологи не стали внедрять в них участки человеческой ДНК. И теперь бактериям надо было как-то избавляться от присутствующих в этих участках интронах.
В Genentech попробовали химически синтезировать нужные участки гена, иначе говоря сделать его искусственную копию, но уже без интронов. А уже затем клонировать ее. Это был неудобный метод, но зато он соответствовал жестким законодательным ограничениям по работе с ДНК в США того времени.
Гилберт, который, кстати, первым предположил существование интронов в своей статье в Nature, пошел другим путем, взяв за основу другое замечательное достижение в молекулярной биологии – ретровирусы.
Это такая группа вирусов, у которых РНК есть, а ДНК нет, самый известный из них - ВИЧ. Но так длится только пока вирус не проникает в клетку организма-хозяина. Там он запускает процесс превращения своей РНК в вирусный ДНК-геном, который дает ему возможность размножаться. Удается этот «фокус» благодаря особому белку, который открыли Говард Темин и Дэвид Балтимор. Они назвали его обратная транскриптаза.
Ученые не были бы учеными, если бы не придумали, как применять эту особенность некоторых вирусов в своей работе на благо человечества. Компания Biogen построила на ней свою технологию получения человеческого инсулина без интронов, который можно было внедрять в бактерии. Сначала выделяется матричная РНК, синтезируемая геном инсулина. Интронов в ней нет, но для клонирования в бактериях она не подходит. Воздействуя обратной транскриптазой, из нее делают фрагмент ДНК, который тоже не содержит интронов, зато в нем есть вся необходимая бактерии для синтеза человеческого инсулина информация. Вся эта схема была опробована на лабораторных крысах. В итоге в лаборатории получили бактерий, сутками напролет синтезирующих крысиный инсулин.
Чисто технологически, путь Гилберта и коллег был более выигрышным, но Соунсон (из Genentech) лучше разбирался в том, как работают институты современного общества. Гилберт и коллеги были остановлены теми самыми ограничениями. Сначала от них потребовали для работы с человеческим инсулином заполучить помещение с высшим уровнем защиты (таких в мире единицы и в них работают с особо опасными вирусами). А потом написали еще кучу правил. Вот как описывал типичную процедуру входа и выхода из лаборатории один из сотрудников Гилберта: «Ученые полностью раздевались, после чего натягивали казенные белые длинные трусы, черные резиновые ботинки, голубую униформу вроде пижамы, бежевый больничный халат, застегивающийся сзади, две пары перчаток и голубую пластиковую шапочку, напоминающую шапочку для душа. Затем всё быстро промывалось в формальдегиде. Всё. Все приборы, все бутылочки, вся лабораторная посуда, всё оборудование. Все научные рецепты, написанные на бумаге, также проходили такую мойку; так что ученые складывали бумагу по листику в пластиковые пакеты Ziploc и надеялись, что формальдегид туда не просочится и не превратит бумагу в бурую рассыпчатую массу вроде пергамента».
При этом вирусы как таковые в работе не были задействованы вообще, речь шла лишь о клонировании фрагмента человеческой ДНК.
Но и Сноусону было непросто. Обойдя большую часть бюрократических процедур за счет того, что они работали с искусственной копией ДНК, они столкнулись с акулами из Eli Lilly and Company. Эта корпорация, как уже говорилось, первой начала производить инсулин, используя свиней и коров, и к концу 1970-х контролировала большую часть западного рынка. Люди ворочали миллиардами, и компания умников со своим человеческим инсулином их своим появлением не порадовала. С другой стороны, удобства этой технологии были очевидны.
Сноусен тоже понимал, что войну им не выиграть. И пока его коллеги по компании вели инсулиновую гонку с Гилбертом, он изо всех сил стремился договориться с руководством Eli Lilly о партнерстве на взаимовыгодных условиях.
Соглашение было подписано в августе 1978 года, на следующий день после первого успешного эксперимента по синтезу инсулина из бактерий. А через два года Genentech вышла на рынок как успешный партнер фармацевтического «монстра» с миллиардными оборотами. Биология становилась не просто наукой, но динамично развивающимся рынком. И сегодня уже никого не удивляет, что практически половина финансирования мировой науки приходится на исследования в области биологии и медицины. Равно как и то, что определенные технологии достойны Нобелевской премии не меньше, чем фундаментальные научные результаты.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии