От молекулы к организму

От молекулы к организму

раньше вопрос о месте организма в эволюционном ряду решался благодаря сопоставлению, например, особенностей скелета, то теперь та же информация может быть получена при изучении химического строения молекул белков разных организмов. И, надо отметить, оба подхода действительно дают весьма сходные результаты. Иными словами, современная биология невозможна без биологии молекулярной.

21

Блез Паскаль, провинциальный дворянин, живший во Франции семнадцатого века, был бесспорным гением. Он заложил основы математического анализа, теории вероятностей и проективной геометрии; установил законы гидростатики; изобрел и построил механическую счетную машину, прообраз арифмометра. Однако более всего он был философом, страстно желающим понять природу — и человека в ней. Уже будучи тяжелобольным, незадолго до смерти (он умер в тридцать девять лет) Паскаль писал о том, что человек — самая ничтожная былинка в природе, но былинка думающая, сознающая себя, и в этом его преимущество перед окружающей Вселенной. Предвидел он и будущие пути изучения живой материи — от организма до его мельчайших частей:

«Но, чтобы увидать другое столь же удивительное чудо, пусть он исследует один из мельчайших известных ему предметов. Пусть в крошечном теле какого-нибудь клеща он рассмотрит еще мельчайшие части, ножки со связками, вены в этих ножках, кровь в этих венах, жидкость в этой крови, капли в этой жидкости, пар в этих

22

Глава 1. Познай самого себя

каплях; разделяя еще эти последние вещи, пусть он истощит свои силы в этих представлениях, и да будет последний предмет, к которому он придет, предметом вашего разговора. Может быть, он подумает, что это уже самомалейшая малость в природе. Но я покажу ему новую бездну в ней».

«Самомалейшие малости» Паскаля — это те самые молекулярные механизмы организма, которые мы только еще начинаем изучать спустя почти четыреста лет. В этой книге, однако, они интересуют нас не только сами по себе, но в связи с драг-дизайном, процессом создания лекарственных средств для дальнейшего применения их в медицине. А медицина — область особая, не вполне сводимая ни к физике, ни к химии, ни к биологии. Известный латышский врач и педагог профессор Паулс Страдыньш (его имя носит крупнейшая рижская больница) в свое время называл медицину наукой, искусством и профессией одновременно — и был совершенно прав.

В самом деле, пациенты врача, как и люди вообще, бывают самыми разными. И не только в смысле особенностей характера, но и в отношении свойств организма: двух одинаковых больных с медицинской точки зрения не бывает. Тем не менее ставить диагноз врачу приходится по симптомам, связанным прежде всего с заболеванием, а не с конкретным больным. И поставить правильный диагноз — это во многом действительно искусство.

Однако коль скоро диагноз поставлен, выбор тактики лечения и успех ее применения зависят от того, насколько врач знает и понимает организм (а иногда и психологию) данного пациента. А это обусловлено в первую очередь опытом и добросовестностью врача, то есть в конечном

От молекулы к организму

счете его профессионализмом: знахари-любители приносят в целом больше вреда, чем пользы.

И разумеется, медицина — это наука, поскольку сумма знаний, которыми должен обладать врач, чтобы успешно бороться с болезнью, отнюдь не маленькая. Но наука исследует наиболее общие закономерности окружающего мира: как же совместить универсальность научных теорий и индивидуальность пациентов?

Оказывается, это не так уж трудно. Конечно, пациенты не похожи даже друг на друга, не говоря уже о собаках и крысах — типичных лабораторных подопытных животных. Но это — на уровне целого организма. А вот отдельные органы: сердце, легкие, печень и прочие жизненно важные узлы — есть у каждого, и принципы их функционирования в общем одинаковы. Далее, многие типы клеток, из которых построены эти органы, практически не различаются не только у разных людей, но порой и в сравнении с животными. А уж на молекулярном уровне, где главную роль играют внутриклеточные химические реакции, различия между биологическими родами и видами стираются еще больше. Настолько, что иногда молекулярные процессы, происходящие в клетке человека, вполне можно изучать на примере какой-нибудь бактерии. (Хотя, конечно, нельзя считать, что все молекулы в организмах человека и бактерии идентичны; нет, далеко не все, но многие — схожи.) Выходит поэтому, что не только современная биология является молекулярной, но и современная медицина — тоже.

Пути, ведущие от уровня молекулярных процессов к организму в целом, весьма сложны и неоднозначны. Действительно, благодаря успехам молекулярной биологии сейчас удается более или менее разобраться во взаимоотношениях молекул внутри живой клетки. Но, с другой

23

24

Глава 1. Познай самого себя

стороны, тысячелетняя история медицины научила врачей худо-бедно понимать общие принципы устройства организма человека в целом, а история биологии — и устройства организмов вообще. Однако эти идущие друг другу навстречу тоннели еще далеко не сомкнулись.

Затруднения возникают на клеточном уровне: клетка оказывается слишком сложной биохимической системой, и понять ее поведение вплоть до всех деталей пока невозможно. А ведь именно здесь заложены причины многих заболеваний, в том числе раковых. Если высадить, например, здоровые клетки человеческой ткани на питательную среду, покрывающую дно чашки Петри (стеклянное плоское блюдце с невысокими вертикальными стенками), то они начнут размножаться, образуя равномерный тонкий слой на дне сосуда. Но как только слой клеток подойдет вплотную к стенкам, размножение прекратится. Раковые же клетки начинают громоздить новый слой ткани поверх уже существующего и так далее без всяких ограничений. Значит, здоровые клетки обладают каким-то аппаратом, механизмом или веществом, позволяющим «узнавать», что размножение надо остановить, а раковые опухоли такого аппарата лишены. Ответить со стопроцентной уверенностью, что это за механизм или вещество, медицина сегодня не в состоянии, хотя многие факторы роста клеток теперь хорошо изучены.

Еще одна проблема — дифференциация клеток: как именно из клеток зародыша возникают разнообразные клетки тканей, сосудов, костей, крови и так далее. В последние годы в этом направлении достигнут значительный прогресс: обрабатывая клетки зародыша — они называются стволовыми клетками — различными веществами, удалось вырастить из них клетки нужного типа. А из клеток — целые органы и ткани, такие как капиллярные сосуды, клетки

От молекулы к организму

головного мозга, клапаны сердца, ткани печени и даже роговицу глаза и целый мочевой пузырь. И все же молекулярный механизм дифференциации клеток пока не вполне ясен.

К тому же на этом пути, помимо чисто научных, возникали и иные проблемы. До недавнего времени основным источником стволовых клеток были ткани зародышей, извлекаемых из тела женщин в результате аборта. Но, по представлениям многих верующих — главным образом, христиан-католиков и евангелистов, — зародыш обладает бессмертной душой уже с момента зачатия. Следовательно, аборт — это убийство, не просто смертный грех, но и уголовное преступление. В США аборты разрешены; но под давлением христианских кругов конгресс в 1996 году запретил использовать федеральные средства для употребления зародышей человека в исследовательских целях. В 2001 году президент Буш запретил федеральное финансирование работ со стволовыми клетками; в 2009 году президент Обама отменил этот запрет. Все эти распоряжения были обжалованы в различных инстанциях вплоть до Верховного суда Соединенных Штатов, и судебные процессы прекратились лишь в 2013 году, когда ученым удалось «перепрограммировать» клетки кожи человека в стволовые и зародыши оказались больше не нужны.

Разрыв в подходах, методах и задачах молекулярной биологии и практической медицины весьма значителен. Но тем не менее путь от молекулы к организму один раз уже был пройден — это сделал эволюционный процесс. Теперь исследователи стараются проследить все трассы, развилки и тупики этого пути с помощью молекулярной биологии для того, чтобы научиться решать не только чисто научные, но и медицинские проблемы.

25