Глава 2. Биологическая активность ксенобиотиков

Из предыдущей главы становится очевидно, что все ксенобиотики в разной степени обладают способностью воздействовать на живую материю, т. е. проявляют биологическую активность. Однако наши знания о возможных последствиях такого воздействия ограничены и явно недостаточны для оптимального существования человека в мире, ибо человек живет в окружении, насыщенном такими биологически активными веществами, с которыми он в процессе своей эволюции вообще не встречался.

Возник значительный разрыв между высокой способностью современной цивилизации создавать новый химический потенциал планеты и ограниченными возможностями человека и биосферы в целом воспринимать действия этого потенциала с достаточной эффективностью и без серьезных отрицательных последствий.

Вследствие этого, с одной стороны, человек из-за незнания биологической активности подавляющего большинства соединений неполно использует свои возможности для извлечения из огромного количества химической продукции новых эффективных регуляторов нормальных и патологических процессов организма и даже целых популяций.

С другой стороны, создается такая комбинаторика различных химических воздействий на человека и природу в целом, что предсказать отрицательные воздействия в полном объеме без тщательно организованной системы знаний о их влиянии на живые системы вообще не представляется возможным.

2.1. Краткая история развития знаний о биологически активных веществах

Интересно остановиться на историческом экскурсе развития наших знаний о биологической активности веществ. В этом процессе выделяют несколько периодов и этапов.

Первый период – освоение новых природных источников биологически активных веществ предками человека (период до завершения формирования второй сигнальной системы). Он занимает около 600– 800 тыс. лет и распространяется до появления человека разумного. События этого периода могут быть охарактеризованы в рамках понятий биологической эволюции. В первом периоде, таким образом, отсутствовали письменная традиция, биологически активные вещества использовались прежде всего как пища: накопление и передача знаний осуществлялась в пределах узких групп.

Второй период – первичное накопление знаний о биологически активных веществах человеком разумным (период доминирования мифологического мышления) относится к истории человека: от первых сообществ человека разумного до античного мира (40–2,5 тыс. лет до н. э.). Реальное накопление знаний о биологической активности веществ осуществляется, как и в предыдущем периоде, в основном путем случайной выборки или «проб на зуб». Однако добавляемые сведения осознаются посредством мышления и передаются с помощью устной, а далее и письменной речи. Этот период включает два этапа: первый – до новых разделений труда; второй этап – начало профессионализма в передаче знаний о биологически активных веществах. В этом периоде появляется письменность, формируются преемственные группы людей, добывающие, хранящие и передающие знания о биологически активных веществах, активно развиваются технологии получения новых веществ. Накопление эмпирических сведений, как правило, – удел узкой кастовой группы.

Третий период: от античных времен до современности. Для него характерно все возрастающее доминирование логического мышления, стремление к систематизации знаний о биологически активных веществах, совершенствование письменной традиции передачи знаний, развитие экспериментальных и теоретических способов поиска и определения биологической активности, постоянное увеличение числа задач, для решения которых применяются биологически активные вещества. Этот период можно подразделить на четыре этапа: первый – становление системы знаний о биологически активных веществах; второй – слияние химии и медицины; третий – формирование фармакологии на основе достижений химии, биологии, медицины; четвертый – современные биотехнологии и ЭВМ в сфере поиска и создания новых биологически активных веществ.

На первом этапе систематизируются достигнутые ранее знания, предпринимаются отдельные попытки ввести экспериментальные модели для определения биологически активных веществ, получение новых активностей конструированием смесей в соответствии с опытом и умозрительными концепциями. Основной целью поиска новых биологически активных веществ является создание лекарств. Этот этап завершается в первой половине ХVI в.

На втором этапе (начало его совпадает с обращением алхимии к проблемам создания разнообразных панацей и лекарств) возрастает осознанный поиск новых химических веществ с заданными свойствами и проводится их испытание на биологическую активность. Основная цель – создание лекарств.

Третий этап проходит под знаком возрастающего прогресса химии: неорганической, потом органической и биоорганической. Создается мощный арсенал новых химических соединений, в т. ч. и не существовавших в природе. Их получение и синтез происходят на основе все более строгих концепций, с использованием различных методов. Разрабатываются количественные, экспериментально доказанные концепции различных видов биологической активности. Постоянно расширяется сфера применения биологически активных веществ: фармакология, сельское хозяйство, пищевая промышленность, парфюмерия и т. д. Создаются системы экспериментальных моделей для испытания веществ на биологическую активность, совершенствуются приемы использования моделей для определения разных видов активностей, развивается конструирование молекул с заданным видом биологической активности на основе научных концепций.

Четвертый этап – промежуток с 1950-х гг. до настоящего времени. С начала 50-х гг. происходит стремительное накопление знаний о молекулярном строении основных компонентов живого. Разрабатываются методы синтеза белков и нуклеиновых кислот. Успехи молекулярной биологии и молекулярной генетики, развитие технологий генной, клеточной и биохимической инженерии способствовали созданию совершенно новой концепции в понимании механизма действия биологически активных веществ, в их химическом и биоинженерном синтезе. Открылись принципиально новые возможности для конструирования молекул с заданной структурой и биологической активностью. Увеличилась эффективность поиска и создания веществ с определенными видами биологической активности на основе научных концепций.