Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий
Шрифт:
Результат был обескураживающим. Но, с другой стороны, откуда вообще следует, что синтетическая ДНК будет вести себя точно так же, как природная? Возможно, для ее правильной работы недостаточно точной последовательности нуклеотидов? Ведь у белков, например, последовательность аминокислот задает лишь первичную структуру белка, который становится собственно белком лишь на более высоких стадиях самоорганизации. Впору было вспомнить о “жизненной силе”, без которой, по уверению теологов и даже некоторых “исследователей”, функционирование живых систем невозможно.
Похожая ситуация существовала в химии два века назад. Тогда господствовало убеждение, что органические вещества – продукт жизнедеятельности живых организмов, химики могут заниматься лишь превращениями органических веществ, но синтезировать их из неорганических веществ невозможно. Лишь в 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер (1800–1882)
Результатам группы Крейга Вентера удалось найти рациональное объяснение: просто в синтез вкралась небольшая ошибка, несколько неправильно поставленных нуклеотидов. После исправления ошибок синтетический геном заработал как надо! Но на этом повороте Вентера обошел Экарт Уиммер из Университета Стони Брук, штат Нью-Йорк. В 2002 году он опубликовал работу по синтезу вируса полиомиелита из органических реактивов. Синтетические вирусные частицы оказались совершенно неотличимы от естественных по всем параметрам – размеру, поведению, заразности. Эта работа принесла Уиммеру приоритет в создании синтетических вирусов и, полагаю, чувство глубокого морального удовлетворения: обставить Крейга Вентера, великого и ужасного, дорогого стоит.
Замечу, что непосредственно синтез молекулы ДНК, состоящей из 7741 пары нуклеотидов, занял у группы Уиммера три года. В настоящее время скорость машинной сборки ДНК увеличилась в десятки раз, что дало возможность получить множество синтетических вирусов.Процесс их получения отражает квинтэссенцию нанотехнологий – технологий будущего. Мы синтезируем некий шаблон (молекулу ДНК, можно в единственном экземпляре), затем размножаем его (в случае вирусов роль копировального аппарата играют бактерии), при необходимости используем его как матрицу для получения других частиц (в случае вирусов – белков), а затем создаем условия, при которых полученные частицы самоорганизуются – формируют требуемый нам материал или целое устройство.Это глава по объему уступает только предыдущей главе о ДНК. Ничего удивительного, ведь вирусы касаются всех и каждого. Кроме того, по своему размеру и численности они занимают центральное место в природе. Они все без исключения представляют собой сложно организованные объекты наноразмеров, составленные из молекул ДНК и белков, имеющих в свою очередь наноразмеры. Все данные о строении и функционировании вирусов, полученные учеными с момента их открытия Д.И. Ивановским в 1892 году, являются неотъемлемой частью нанонауки и одновременно фундаментом для прогресса нанотехнологий.
Глава 10 “Волшебная пуля”
Это словосочетание сейчас употребляют столь часто, что вы, конечно, сразу догадались, о чем пойдет речь: не о военных применениях нанотехнологий, а, на оборот, о делах сугубо мирных и гуманных, о медицине, об адресной доставке или, другими словами, направленном транспорте лекарств [56] . Наверняка знакомо вам и имя человека, придумавшего концепцию “волшебной пули”, – Пауль Эрлих.
Согласно легенде, случилось это так. Эрлих слушал оперу Карла Марии фон Вебера “Вольный стрелок”. Сюжет там завязан вокруг волшебных пуль, которые всегда попадают в цель и добыть которые можно, только продав душу дьяволу. Вот тогда-то Эрлиху и пришла в голову мысль о лекарстве, которое способно самостоятельно найти источник болезни или очаг заболевания и поразить их, не затрагивая здоровые органы и ткани организма. Озарение – почти непременный атрибут открытия, в этой книге много примеров такого рода, которые я не подвергаю со мнению. Но в данном случае дело, как мне кажется, обстояло по-другому. Благодаря опере Вебера Эрлих нашел образное название, действительно удачное и запоминающееся, для концепции, которую он разрабатывал на протяжении многих лет, в сущности всю жизнь.
56
Путаница в терминах связана, в частности, с особенностями перевода. Точно так же волшебную пулю часто называют магической. Первый вариант лично мне нравится больше. Не люблю я магию, ни черную, ни белую, а вот волшебство – это сказка, сказки мы любим.
Родился Пауль Эрлих в 1854 году в еврейской семье на востоке Германии, в Силезии, в маленьком городке Штрелен, который многие биографы за незнанием правил немецкого произношения называют Стрехленом, а поляки после присоединения этих земель в 1945 году и вовсе переименовали в Стшелин. Отец его был далек от науки – он содержал большой
Тогда же сложился и стиль его мышления – конкретный, естественно-научный, химико-биологический. Как-то раз учитель словесности в гимназии задал ученикам сочинение на тему “Жизнь как мечта”, ожидая, вероятно, увидеть сплав немецкой чувствительности с немецкой же классической философией. Вот что написал Эрлих: “Основа жизни заключается в нормальных процессах окисления. Мечты являются результатом функционирования нашего мозга, а функции мозга есть не что иное, как то же самое окисление. Мечты – это нечто вроде фосфоресценции мозга”.
Казалось бы, с такими мыслями ему было самое место на медицинском факультете Страсбургского университета, куда Эрлих поступил после окончания гимназии. Тем не менее по отзывам преподавателей он был “отвратительнейшим из студентов”, с ними солидаризировались коллеги из Университетов Бреслау, Фрейбурга и Лейпцига, где Эрлих учился в порядке очередности. Преподаватели хотели приобщить его к медицине в том виде, как они сами ее понимали, Эрлиха же тянуло в сторону химии и микробиологии, его воодушевляли идеи Луи Пастера и Роберта Коха, и он упорно отказывался зазубривать десять с половиной тысяч длинных латинских терминов, знание которых считалось обязательным для каждого выпускника медицинского факультета. Диплом врача он все-таки получил, и случилось это в Лейпциге, в 1878 году.
Тогда же Эрлих устроился работать врачом, а затем заведующим отделением в известной берлинской университетской клинике Шарите. Проработал он там формально – в прямом и переносном смысле – девять лет. Дело в том, что к своим обязанностям врача и к самим больным Эрлих относился добросовестно, иначе и быть не могло, но формально. Лечить людей – не его призвание, он был исследователем, в клинике в любую свободную минуту Эрлих занимался тем же, чем и в университете, – неустанно совершенствовал технику окраски биологических препаратов.
Это далеко не забава. Помните, как была открыта ДНК? Мишер увидел ее в микроскоп в ядре клетки, а вот хромосому, в которой находится ДНК, не разглядел. Произошло это, только когда ученые научились окрашивать хромосомы. Они использовали для этого различные синтетические красители, открытые, к слову сказать, тоже незадолго до этого. Было обнаружено, что разные клетки и даже разные части клеток – внутриклеточные органеллы – одними красителями окрашиваются, а другими нет. Поныне бактерии делят на грам-положительные и грам-отрицательные в зависимости от того, удается ли их окрасить по методике, которую придумал в 1884 году датский бактериолог Ганс Грам.
Ассортимент красителей непрерывно расширялся, предоставляя исследователям, и в частности Эрлиху, обширное поле деятельности. Необходимо было выяснять, в каких тканях, клетках или частях клетки концентрируется новый краситель. Это иногда приводило к открытию новых клеточных структур, которых раньше просто не видели. В сущности, именно так Эрлих впервые обнаружил гематоэнцефалический барьер между кровеносной и центральной нервной системами, который защищает наш мозг от циркулирующих в крови микроорганизмов, токсинов и факторов иммунной системы, воспринимающих ткань мозга как чужеродную [57] . Еще он обнаружил лейкоциты – белые кровяные клетки, потом научился различать разные виды лейкоцитов, в конце концов это позволило Эрлиху сформулировать теорию кроветворения в наших организмах.
57
Концепция гематоэнцефалического барьера, включая сам термин, была окончательно сформулирована в 1921 г. Линой Соломоновной Штерн (1878–1968), первой женщиной-профессором Женевского университета. В 1925 г. Штерн вернулась в СССР, возглавила Институт физиологии АН СССР, в 1939 г. стала первой женщиной – действительным членом АН СССР. Несколько лет провела в лагере, не без этого.