что они способны проявить антивирусную активность. Проводить же биологические испытания без надежды на успех, как говорится “до кучи”, никто не любит, потому что это отнимает много времени, сил и денег. Так что эти препараты протестировали в значительной мере случайно и неожиданно обнаружили, что один из них, бывший по всем прочим параметрам ничем не лучше и не хуже других, подавляет распространение вируса гриппа. Впоследствии оказалось, что новый препарат останавливает вторжение вируса на самой первой стадии, препятствуя его проникновению в клетку.
Это открытие положило начало новому направлению в вирусологии, которым сейчас активно занимаются во многих лабораториях по всему миру. Впрочем, все пока ограничивается научными публикациями и международным патентом, который М.Н. Преображенская получила еще в 1995 году вместе с ведущим бельгийским вирусологом Эриком де Клерком {20} . Зарубежные фармацевтические компании по каким-то своим соображениям медлят с приобретением лицензии на патент – необходимой стадии для проведения полномасштабных клинических испытаний. А в нашей стране это вообще никого не интересует, ведь вся инфраструктура фармацевтических исследований и производства была до основания разрушена в 90-е годы.
Но не будем о грустном, о разрухе и болезнях. Вирусы предоставляют нам множество позитивной информации, ведь они только в одной из своих ипостасей – яд, зато в других оказываются чрезвычайно полезными. Об их положительной роли в природе я уже писал выше, теперь рассмотрим, как их используют для своих нужд ученые.
В первую очередь вирусы для ученых – это одновременно модель и инструмент научных исследований. Расскажу лишь одну историю. Из главы, посвященной ДНК, мы помним, что первое убедительное доказательство того, что именно ДНК служит хранилищем генетической информации, было получено в 1944 году в экспериментах по трансформации бактерий. Пришло время сказать правду: это доказательство убедило далеко не всех, вплоть до 1952 года многие специалисты продолжали считать, что наследственная информация передается белками. Переубедил их эксперимент с вирусами, ставший классикой биологии. Его выполнили американский генетик Альфред Херши (1908–1997), будущий лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1969 г.) и его молодая ассистентка Марта Чейз (1927– 2003) [33] .
Эксперимент чрезвычайно изящен. Исследователи получили бактериофаги, белковые оболочки которых были помечены радиоактивным изотопом серы, а содержащаяся в них ДНК – радиоактивным изотопом фосфора. С помощью этих меток удалось доказать, что при атаке бактериофага внутрь бактерии попадает только ДНК, а белковый контейнер остается снаружи. Именно ДНК запускает внутри бактерий синтез всех компонентов будущих частиц вируса, включая синтез белков.
Помимо этого, ученые приспособили вирусы для решения практических задач, прежде всего в генной инженерии. Опять же из главы, посвященной ДНК, мы помним, что генная инженерия родилась в 1972 году, когда Пол Берг собрал первую рекомбинантную ДНК, содержащую фрагменты ДНК вируса SV40 и бактерии E.coli. Вирусы в этом случае использовались исключительно как удобная модель. Несколькими годами позже Бойер синтезировал рекомбинантную ДНК с геном человека, ответственным за синтез инсулина, и внедрил его в бактерию. Это была уже технология. Но для внедрения гена в бактерию вирус не требуется, это можно сделать гораздо проще. Другое дело – клетки высших организмов, тут не обойтись без вирусов с их всепроникающей способностью и умением внедрять свой геном в ДНК клетки-хозяина, отточенными до совершенства за миллиарды лет эволюции.
Поразительно, но первое исследование в этой области было выполнено практически одновременно с описанной выше работой. Эта история началась в 1973 году, когда тридцатилетний немецкий биолог Рудольф Яниш приехал на стажировку в Принстонский университет (США). Его интересовал вопрос, который не давал покоя ученым на протяжении уже нескольких десятилетий: почему при заражении взрослых мышей различными вирусами развиваются только определенные формы рака? Для проверки некоторых своих предположений Яниш решил заразить вирусом SV40 {21} эмбрионы мышей на самой ранней стадии развития и посмотреть, что из этого выйдет и будут ли у выросших особей появляться опухоли. Поэтому он обратился за помощью и руководством к Беатрис Минц, признанному специалисту в области мышиных эмбрионов. После года экспериментов им удалось доказать, что ДНК вируса внедряется в геном эмбриона и передается по наследству. Сам факт внедрения ДНК вируса в геном млекопитающего был открытием. Но я хочу подчеркнуть другое: в сущности, Минц и Яниш получили первое генетически модифицированное животное. Случилось это почти одновременно с получением первой генетически модифицированной бактерии и намного раньше получения первого генетически модифицированного растения.
То, что Яниш внедрил в организм млекопитающего потенциальный онкоген, не имеет никакого значения. Тут дело принципа. Лиха беда начало.
Ученые научились вырезать из ДНК вирусов все вредные гены и вставлять на их место полезные, например здоровые человеческие гены, и с помощью вирусов переносить их в клетки нашего организма. Это, как вы уже догадались, путь к генной терапии. Но об этом – в главе, посвященной адресной доставке лекарств, – “Волшебная Пуля”.
И, наконец, ученые научились создавать вирусы, как говорится, с нуля, из обычных химических веществ {22} . Работы в этой области начались более десяти лет назад, когда техника автоматизированного синтеза олигонуклеотидов и их копирования достигла такого уровня, что появилась возможность собрать “молекулу жизни” – ДНК, из элементарных строительных блоков. Выбор, естественно, пал на вирусы с их самым коротким геномом, расшифрованным к тому же от первой до последней “буквы”. Тон исследованиям задавал Институт Вентера. Его сотрудники синтезировали геном бактериофага ФХ-174 длиной в пять тысяч пар нуклеотидов и ввели его в клетку бактерии. Однако фаг “отказывался” там работать и не запускал сборку новых вирусных частиц.
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) синтезировал органическое вещество мочевину из неорганических сульфата аммония и цианата калия, нанеся первый удар по теории витализма.
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 [34] . Наверняка знакомо вам
