книги2 / монография 3

(1648−1720), голландский врач, впервые показал, что в моче при некоторых заболеваниях может быть обнаружен белок (1684): предложил химические приёмы его обнаруживающие: добавление к моче перед нагреванием небольших количеств уксусной кислоты.

Д. Котуньо (1736−1822) впервые детально описал протеинурию как патологический признак (последствие острого нефрита) (1764). К. Шеелле открыл мочевую кислоту (1778), Й. Берцелиус описал химический состав нормальной мочи.

Ганс Адольф Кребс (1900−1981) описал цикл лимонной кислоты в клетках (1932), в ходе которой углеводы, белки и жиры превращаются в СО2 и воду с выделением энергии − цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) (Нобелевская премия, 1953).

В XIX − начале ХХ вв. появляются научные статьи, монографии, диссертации по биохимии, в том числе белорусских медиков:

Р.К. Яновский «О кислотности мочи в связи с мышечной работой»; А.И. Смирнов «О влиянии йода в форме щелочных солей на

азотистый метаморфоз» (1884); С.С. Парбут «К вопросу о влиянии высокой и низкой температур

пищи и питья на усвоение азотистых частей у здоровых людей» (1887); С.Н. Урванцов «Материал к изучению об изменении крови в

органах (печень и кишки)» (1898) и др.

Успехи биохимии способствовали развитию таких направлений как витаминология и эндокринология.

Основные вехи витаминологии

Шотландский врач Джеймс Линд открыл, что цитрусовые предотвращают цингу ещё в 1747 г. Свои результаты он опубликовал в трактате «Лечение цинги». Джеймс Кук (1728−1779) доказал на практике роль растительной пищи в предотвращении цинги. Он ввёл в

рацион питания на корабле кислую капусту. Однако экспериментальных исследований ещё не проводилось.

Впервые российский врач-педиатр Николай Иванович Лунин (1853−1937)214 в своей диссертации «О значении неорганических солей в питании животных» (1880) предположил и опытным путём доказал, что в пище есть «вещества, незаменимые для питания». Его исследование тщетно пытались повторить другие, однако у них ничего не вышло и работу Н.И. Лунина подвергли критике. Всё дело было в том, что он использовал тростниковый сахар, а другие исследователи −

214 Н.И. Лунин также известен как педиатр − с 1882 г. работал в детской больнице в Петербурге. Разработал методику изучения потребностей организма в пище, опубликовал более 40 работ о детских инфекциях, методах лечения детских болезней, иммунизации школьников; был одним из инициаторов и учредителей Общества детских врачей и Общества по ушным болезням.

482

молочный сахар, который содержал гораздо меньшее количество витаминов.215

Фредерик Хопкинс подтвердил значение работ Н.И. Лунина в своей речи по случаю получения им совместно с Христианом Эйкманом Нобелевской премии за открытие витаминов (1929 г.).

Этапы становления витаминологии

1901 г. голландский биохимик Г. Грийнс предположил, что цинга и бери-бери вызываются недостатком веществ, которые требуются организму животного и человека для нормального функционирования в ничтожно малых количествах, и поступают в организм с такими пищевыми продуктами как молоко, фрукты, овощи, неочищенный рис.

1905 г. Уильям Флетчер открыл роль неочищенного риса в предотвращении бери-бери у людей.

1912 г. польский биохимик Казимеж Функ (1884-1967) выделил из рисовых отрубей экстракт, который излечивал от болезни «берибери». По химической структуре оно принадлежало к аминам. Ошибочно полагая, что вся группа жизненно важных веществ будет также относиться к группе аминов, он дал им название витамины (от лат. vita «жизнь» + амин).

1915 г. американский биохимик Элмер Макколэм дал буквенные названия витаминам: А − жирорастворимые; В − водорастворимые.

1924 г. К. Функ разработал методы профилактики и лечения авитаминозов (сам термин предложен им же).

1925 г. в чистом виде были получены витамины группы В.

1926 г. для лечения злокачественного малокровия впервые был применён экстракт печени.

1928 г. венгерский биохимик Альберт Сент-Дъерди выделил особое вещество (Нобелевская премия. 1937). Чарлз Кинг (США) доказал, что в отсутствии этого вещества человек заболевает цингой (1932). Вещество было названо аскорбиновой кислотой (греч. «а» −

отрицание, «scorbutum» − цинга).216

1932 г. немецкий учёный Адольф Виндаус (1876−1959) в кристаллическом виде получил тиамин из дрожжей (Нобелевская премия, 1928).

215 К сожалению, в большинстве зарубежных работ, повторявших опыты Н.И.Лунина, упоминаний о нём нет. Первая всесоюзная конференция по витаминам состоялась в Ленинграде в 1934 г. (Н.И. Лунина на неё не пригласили). В 1936 г. был организован Всесоюзный НИИ.

216 Обычно не принято вводить в название лекарственного средства название болезни, чтобы не спровоцировать самолечение, но название «аскорбиновая кислота» закрепилось, несмотря на то, что были и другие, например, «цевитаминная кислота».

483

1933 г. Люси Уиллс сообщила, что приём дрожжевого экстракта помогает вылечить анемию у беременных женщин.

Вконце 1930-х гг. фолиевую кислоту идентифицировали как главный действующий фактор в составе дрожжей.

1934 г. швейцарский учёный Тадеуш Рейхштейн (1897−1996) синтезировал витамин С.

1946 г. синтезировали фолиевую кислоту.

1976 г. Р.Б. Вудворд и Э. Эшенмозер синтезировали витамин В12.

Вданной главе приведены лишь некоторые вехи истории витаминологии.

Открытие гормонов

Сегодня значение гормонов (греч. harmao − «побуждать», «приводить в действие») для организма очевидно. Выделение гормонов в чистом виде и расшифровка их химической структуры, а затем синтез гормонов и получение их производных стали важным этапом в развитии науки о железах внутренней секреции − эндокринологии.

Истоки возникновения эндокринологии как науки относятся к середине XIX в.

Немецкий физиолог Арнольд Бертольд (1803−1860) показал, что подсадка кастрированным петухам (каплунам) в брюшную полость семенников предотвращает развитие посткастрационного синдрома (1849), т.е. экспериментально было доказано гормональное взаимодействие между различными органами.

Вдальнейшем французский физиолог и невролог, профессор Гарвардского университета Шарль Броун-Секар (1817−1894) изучал гормональную секрецию. В эксперименте на животных удалил надпочечники, доказав их важность. Была доказана связь этих желез с болезнью Аддисона.217

В1854 г. учёные отметили гибель животных после тиреоидэктомии [удаление щитовидной железы]. Позже было доказано, что пересадка щитовидной железы тиреоидэктомированным животным предотвращала их гибель.

В1855 г. Клод Бернар указал на значение печени в

регулировании сахара в крови.

В 1855−1856 гг. английский клиницист и патологоанатом Томас Аддисон (1793−1860) и французский врач-невролог Эдмон Вульпиан (1826−1887) опубликовали результаты своего исследования о функциях надпочечников. Также Т. Аддисон описал злокачественное малокровие и бронзовую болезнь.

217 Также Ш. Броун-Секар известен тем, что изучал нервную систему и описал повреждение спинного мозга − синдром Броуна-Секара.

484

В 1889 г. Ш. Броун-Секар объявил об омолаживающем действии вытяжки из половых желез: он делал себе инъекции экстракта из тестикул собаки, чтобы предотвратить старение. Предположения учёного не были подтверждены, но стимулировали исследования в области создания органотерапевтических препаратов и использования гормонов для лечения больных.

В 1895 г. английские физиологи обнаружили в надпочечниках адреналин – вещество, которое вызывает сокращение стенок артерий и как следствие, повышает артериальное давление.

В1902 г. американский физиолог и нейрохирург Харви Кушинг (1869−1939) описал эндокринные расстройства (акромегалию), вызванные опухолью гипофиза. Им была проведена первая операция по удалению опухоли этой железы. Хроническое заболевание, обусловленное опухолью гипофиза, было названо синдром Кушинга.

В1913 г. французский хирург Сергей Александрович Воронов

(1866−1951) произвёл пересадку щитовидной железы обезьяны подростку с микседемой. Он проводил операции по трансплантации людям половых желез обезьян. Свои результаты он представил на Международном Конгрессе хирургов в Лондоне (1923).

Английские физиологи Эрнест Старлинг (1866−1927)218 и

Уильям Бейлис (1860−1924)219 открыли гормон секретин. Именно Э. Старлинг предложил термин «гормон» (1905).

С открытием гормонов в ХХ в. стал возможным их синтез. 1901 г. − выделен адреналин.

1905 г. − секретин.

1915 г. − тироксин: (Э. Кендалл, Нобелевская премия, 1950). 1921 г. − инсулин (см. ниже).

1934 г. − прогестерон: А. Бутенандт.

Немецкий биохимик и физиолог Адольф Бутенандт (1903−1995) изучал структуру женских половых гормонов. Выделил из экстракта мочи беременных женщин гормон фолликулин (1929, позднее переименован в эстрон).

В1931 г. было подтверждено открытие эстрогена эстриола. А.Бутенандт и его коллеги выделили в кристаллическом виде мужской половой гормон андростерон (1931).

В1932 г. А. Бутенандт изучил химическую структуру эстрогенов. Было доказано: женские половые гормоны и стерины (холестерин и

желчные кислоты) химически связаны. А. Бутенандт получил

218Автор трудов по кровообращению, лимфообразованию, движению и иннервации кишечника, функции почек, секреции поджелудочной железы.

219Изучал физико-химическое действие ферментов и процессы всасывания; разработал метод введения солевого раствора при хирургическом шоке (1905).

485

прогестерон (1934), Через 5 лет он синтезировал прогестерон из холестерина.

А. Бутенандт и его коллеги помогли понять структуру андростерона. В 1935 г. А. Бутенандт и Л. Ружичка (1887−1976) независимо друг от друга синтезировали основной мужской половой гормон тестостерон. А. Бутенандт и Л. Ружичка были удостоены Нобелевской премии по химии (1939).

В период Второй мировой войны в Институте биохимии кайзера Вильгельма А. Бутенандт с Р. Куном (1900−1967) изучал генетическое регулирование биосинтеза глазного пигмента у насекомых. Учёные доказали, что специфические гены «отвечают» за синтез специфических ферментов.

1943 г. − адренокортикотропный гормон.

1950 г. − трийодтиронин.

1954 г. − альдостерон.

1962 г. − соматолиберин.

1963 г. − тирокальцитонин.

1957−1964 гг. − простагландины: С. Бергстрем, Дж. Вейн, Б. Самуэльсон (Нобелевская премия, 1982).

1966 г. − проинсулин.

1968, 1970 гг. − тиролиберин: Р. Гиймен, Э. Шаллли (Нобелевская премия, 1977).

1971 г. − соматотропин.

1972 г. − соматостатин.

1975−1978 гг. − энкефалины и эндорфины.

Открытие инсулина

Немецкий учёный Пауль Ландгенгарс (1847−1888) ещё будучи студентом-медиком изучал с помощью нового микроскопа строение поджелудочной железы и открыл клетки, образующие группы, равномерно распределённые по всей железе − «островки Лангерганса»

(1869).

В1889 г. Йозеф фон Меринг (1849−1908) и Оскар Минковский

(1858−1931) доказали внутрисекреторное влияние поджелудочной железы на процессы углеводного обмена веществ, и связь этой железы с сахарным диабетом. У собаки была удалена поджелудочная железа. Она прожила несколько недель и у неё развились симптомы как у людей, страдающих сахарным диабетом.

В1916 г. Эдуард А. Шарпи-Шэфер предположил, что островки

Ладгенгарса – это эндокринная часть поджелудочной железы и они продуцируют гормон, регулирующий уровень сахара в крови. Он же предложил назвать гормон инсулин (от лат. insula − «островок»).

486

В 1922 г. Фредерик Грант Бантинг (1891−1941) и Джон Маклеод (1876−1935) разработали технологию получения гормона поджелудочной железы инсулина. В том же году Ф. Бантинг с Чарльзом Бестом (1899−1978) в Университете Торонто (Канада) апробировали инъекции инсулина для лечения больных сахарным диабетом. Результат был блестящий. Значение этого открытия было столь велико, что уже в следующем году Ф.Бантиг и Д. Маклеод получили Нобелевскую премию. Ф. Бантиг разделил свою часть премии с помощником − Ч. Бестом.

Ф. Бантинг стал национальным героем. В 1934 г. он был посвящён Великобританией в рыцари. В 1935 г. учёный был избран членом Королевского общества в Лондоне. В 1935 г. он также посетил СССР, став участником XV Международного конгресса физиологов.

Отметим деятельность российского учёного Леонида Васильевича Соболева (1876−1919), который, исследуя островки Лангенгарса, установил, что их клетки вырабатывают особое вещество, оказывающее влияние на углеводный обмен веществ.

Он считал, что существует возможность органотерапии диабета; пищеварительные соки оказывают разрушающее действие, поэтому для лечения диабета нужно использовать активный препарат анатомически изолированных островков; у зародышей и молодых животных железы внутренней секреции развиты сильнее, поэтому их более целесообразно использовать для органотерапии. В итоге инсулин был получен и по методике Соболева: из поджелудочной железы собак и телят, атрофированной перевязкой протока.

После расшифровки строения инсулина, в 1975 г. в Швеции смогли его синтезировать.

22. Достижения генетики и биотехнологии, их значение для медицины. История генетики в СССР

Не более, чем за сто лет, молодая наука генетика проделала головокружительный скачок.

В1900 г. были переоткрыты законы наследственности Г. Менделя. Х. де Фриз ввёл в научный оборот понятие «мутация» (основные положения изложены в книге  «Мутационная теория»).

В1905−1910 гг. в лаборатории Э. Вильсона было экспериментально доказано, что хромосомы определяют формирование

мужского или женского пола.

На III Международном конгрессе по гибридизации Уильям Бейтсон предложил термин «генетика» (1906). В 1909 г. Фредерик Иоганес (Нидерланды) ввёл в научный обиход термины «ген», «генотип», «фенотип».

487

В1911 г. Томас Хант Морган экспериментально доказал, что основными носителями генов являются хромосомы. В 1919 г. он обосновал хромосомную теорию наследственности (Нобелевская премия, 1933), а в 1926 г. сформулировал теорию гена.

В1913 г. состоялся Первый международный генетический

конгресс.

Наука развивалась интенсивно. В 1920-е гг. генетические школы

США и СССР занимали лидирующие позиции в мировой науке.

Из отечественных учёных наиболее известными в этой сфере были Н.И. Вавилов, Н.К. Кольцов, А.С. Серебровский, Ю.А. Филипченко, С.С. Четвериков, Н.В. Тимофеев-Ресовский и др. Советские учёные имели неплохие наработки и результаты.

В 1922 г. Н.И. Вавилов сделал доклад «Закон гомологических рядов» о параллелизме в изменчивости родственных групп растений. С.С. Четвериков заложил основы популяционной генетики, синтеза генетики и теории эволюции (1926). Н.К. Кольцов сформулировал идею матричного синтеза (1927). А.С. Серебровский провёл изучение функциональной сложности гена (1929). Н.В. Тимофеев-Ресовский экспериментально определил размер гена (1935).

Ещё в 1913 г. Филипченко Юрий Александрович (1882−1930)

начал читать в Петербургском университете первый в России факультативный курс генетики. Именно он защитил первую диссертацию по генетике, написал первый учебник («Наследственность» (1917)) и создал первую в России кафедру − экспериментальной зоологии и генетики.

Было организовано Бюро по евгенике при АН РСФСР (1921), которое ставило перед собой следующие задачи:

1)Изучение вопросов наследственности путём анкетных опросов, обследований, экспедиций и т.д.

2)Популяризация евгеники.

3)Консультирование по вопросам евгеники будущих супругов и интересующихся своей наследственностью.

Вместе Т. Морганом он написал книгу  «Наследственны ли

приобретённые признаки?» (1925).

Большую роль в понимании мутационного процесса и типов возникающих мутаций сыграл Вавилов Николай Иванович (1887−1943) − генетик, систематик, эволюционист, физиолог растений, географ-путешественник (с сотрудниками собрал около 250 тыс. образцов культурных растений из разных регионов мира), академик, директор Института генетики АН СССР. Именно он открыл закон гомологических рядов наследственной изменчивости (позволяет предсказывать у данного вида, ещё не открытые, но возможные признаки (подобно периодическому закону в химии)), создал учение о

488

центрах происхождения культурных растений, дал представление о сложной полиморфной структуре биологических видов.

В 1920-е гг. Г. Меллер подарил Н.К. Кольцову коллекцию мутантных мух-дрозофил. На них учились и работали несколько поколений студентов-генетиков.

Г.А. Надсон, Г.С. Филиппов, Г. Меллер в 1925−1927 гг. доказали возможность искусственного получения мутантных форм с помощью рентгеновского облучения (позже Г. Меллер был удостоен Нобелевской премии).

Четвериков Сергей Сергеевич (1880−1959) − генетик и эволюционист − доказал в 1926 г., что мутации − это основной материал для естественного отбора (показал связь между теорией эволюции и генетикой). Математически рассчитал скорость отбора и распределение мутантных генов в ряду поколений организмов в популяциях − начало генетики популяций. С.С. Четвериков создал понятие «генотипическая среда», а А.С. Серебровский ввёл в научных обиход термин «генофонд»

−для сопоставления генных различий между популяциями.

В1928 г. советский учёный М.Н. Мейсель доказал способность химических агентов вызывать мутации у дрожжей.

Ученик С.С. Четверикова и Н.Н. Кольцова Сахаров Владимир Владимирович (1902−1969) наблюдал в 1932 г. явление химического

мутагенеза у дрозофилы.

Рапопорт Иосиф Абрамович (1912−1990) открыл

супермутагены − вещества, которые во много раз повышают частоту мутаций. Супермутагены использовались в исследованиях по теории мутаций, с их помощью были получены новые штаммы антибиотиков и новые сорта растений.

В результате генетических исследований 1920-х гг. возникла необходимость ответить на вопрос: что представляет собой ген как структурная единица наследственности и какова его химическая природа? Ответ на этот вопрос искали в США − Т. Морган А.А.

Прокофьева-Бельговская, Г. Меллер, а в СССР − А.С. Серебровский, Н.В.

Тимофеев-Ресовский. Было установлено, что каждый ген определяет развитие определенного признака и является минимальной частью хромосомы, которая может быть передана в другую хромосому при кроссинговере (англ. crossing over − «пересечение»).

Серебровский Александр Сергеевич (1892−1948) − автор теории происхождения новых генов путём дупликации геновпредшественников (1938); нового направления в эволюционном учении − «геногеографии»; метода борьбы с вредными насекомыми, основанном на размножении самцов с генетическими нарушениями (1940). Совместно с Н.П. Дубининым в экспериментах показал, что ген

489

может быть разделён на участки (центры), мутирующие раздельно

(1929−1934).

А.С. Серебровский был сторонником евгеники. В статье «О

задачах и путях антропогенетики» (термин впоследствии прижился в науке) он обозначил задачи евгенических исследований: 1) описание больших семей, талантливых и «рядовых» (исследовал собственный род); 2) изучение областей, где «соприкосновение рас и племён сопровождается частой гибридизацией»; 3) стационарное изучение определённых местностей в течение длительного периода (чтобы каждый житель «подвергся самому детальному физическому и психическому описанию») для создания достаточной фактологической базы.

Учёный отмечал, что мутационный процесс обусловливает непрерывное изменение генофонда человечества, происходит накопление груза «вредных» мутаций. Человечеству грозит вырождение, которое можно предотвратить. Он считал, что общество должно быть организовано на научной основе. Для улучшения человеческой породы нужно создать банк сперматозоидов одарённых и лишённых наследственных болезней людей для искусственного осеменения.

Идеологическое противостояние в генетике и евгенике привело к тому, что в СССР евгенику в итоге приравняли к расизму и фашизму.

Дубинин Николай Петрович (1907−1998) стоял у истоков экологической, радиационной и космической генетики; сформулировал «центровую теорию гена»: ген состоит из частей, расположенных в линейном порядке, они могут независимо друг от друга изменяться (мутировать) и обмениваться при кроссинговере; функциональные возможности гена обусловлены суммой функций отдельных его частей.

Кольцов Николай Константинович (1872−1940) ещё в 1917 г.

открыл первый в Европе Институт экспериментальной биологии

(ИЭБ). В 1920 г. ИЭБ был передан в систему Наркомздрава РСФСР. В его составе были лаборатории генетики, цитологии, физико-химической биологии, эндокринологии, гидробиологии, механики развития, зоопсихологии.

Н.К. Кольцов также увлекался идеями евгеники: «Порода всякого вида животных и растений, а в том числе и человека, может быть изменена сознательно, путём подбора таких производителей, которые дадут наиболее желательную комбинацию признаков у потомства. Для задачи действительно изменить, облагородить человеческий род, это − единственный путь, идя по которому можно добиться результатов»

(1922). В 1920 г. он был избран председателем Русского евгенического общества.

Стоит напомнить, что в 1920-х гг. евгенические идеи были очень популярны в мире. Футуристические идеи формирования нового

490

человека будущего, совершенного и всесторонне развитого, способного осуществить грандиозную задачу переустройства мира захватывали людей и соответствовали официальной советской идеологии.220

Поэтому многие учёные-генетики и биологи того времени проводили евгенические исследования. В деятельности Русского евгенического общества принимали участие А.С. Серебровский, Ю.А. Филипченко, А.И. Абрикосов, В.М. Бехтерев, Г.И. Россолимо, Н.А. Семашко и др. Интерес проявляли М. Горький, А.В. Луначарский.

Евгенические работы Н.К. Кольцова: «Улучшение человеческой природы» (1921), «Генетический анализ психических особенностей человека» (1923), «Родословные наших выдвиженцев» (1926).

Впоследствии оппоненты Н.К. Кольцова ставили ему в вину именно его евгенические взгляды, обвиняли в пособничестве фашизму и т.п.

Н.К. Кольцов первым сформулировал понятие молекулярной наследственности и в 1927 г. выдвинул гипотезу о строении и матричной репродукции наследственных молекул: «В основе каждой хромосомы лежит тончайшая нить, которая представляет собой спиральный ряд огромных органических молекул − генов. Возможно, вся эта спираль является одной гигантской длины молекулой».

Впоследствии идеи Н.К. Кольцова были подтверждены работами Дж. Уотсона и Ф. Крика, которые предложили теоретическую модель двойной спирали ДНК (1953) и получили Нобелевскую премию (1962).

Идеологическая борьба вокруг генетики в 1930-е гг., закончилась победой так называемой «лысенковщины» в 1948 г. − были разгромлены передовые научные генетические школы, репрессированы честные и талантливые учёные, нарушена преемственность в подготовке генетиков, было уничтожено целое направление в отечественной науке.

Благодаря агроному, академику, директору Института генетики АН СССР (1940−1965 гг.) Лысенко Трофиму Денисовичу (1898−1976)

классическая генетика была названа «буржуазной» наукой. Т.Д. Лысенко и его сторонники утверждали, что возможно наследование приобретённых признаков, «перерождение» одного вида в другой и т.п. Он отвергал «менделевскую генетику» и хромосомную теорию наследственности. Стал проводить в жизнь свои псевдонаучные теории по трансформации яровых и озимых сортов злаков друг в друга и др. Благодаря поддержке партийным руководством идей Т.Д. Лысенко, фактически генетика была запрещена в СССР и никаких исследований по классической генетике не проводилось. Был также закрыт Институт

220 В повести М.А. Булгакова «Собачье сердце» профессор Ф.Ф. Преображенский предпринимает свой эксперимент именно с евгенической целью: «Я заботился совсем о другом, об евгенике, об улучшении человеческой породы. И вот на омоложении нарвался…».

491