Золотой век медицины
Я считаю, что сейчас настало время, когда у нас появляются все более глубокие познания в области определения болезней с точки зрения молекулярной — основанной на наших знаниях о молекулах, составляющих человеческий организм. Я считаю, что медицина подходит сейчас к той ступени, когда она превратится в истинную науку, такую, как химия и физика. Я думаю, что следующие пятьдесят лет будут настоящим золотым веком для биологии и медицины, так же, как последние пятьдесят лет были золотым веком для физики и химии.Профессор Калифорнийского технологического института
Статью профессора Полинга читайте в этом номере журнала.
Вот уже 35 лет я работаю над химическими проблемами, главным образом связанными со строением молекул. Как объяснить, что атомы, соединяясь друг с другом, образуют различные молекулы? Сахар, например, состоит из углерода, водорода и кислорода. Есть много других веществ, состоящих из атомов углерода, водорода и кислорода, и все эти вещества обладают различными свойствами, так как атомы соединяются разными путями. Как химик, изучающий строение веществ, я пытался узнать возможно больше о том, как соединены различные атомы.
Благодаря великим открытиям, которые сделаны в области физики за последние пятьдесят лет, стало возможным изучать эту проблему успешно, и теперь химики знают точное атомное и молекулярное строение сотен тысяч различных веществ.
Вещества, молекулярное строение которых уже определено, в основном простые. Одно из самых сложных — пенициллин, лекарство, которое имеет 42 атома в молекуле. Полную молекулярную структуру молекулы пенициллина определила несколько лет назад английская исследовательнице миссис Хатчком — одна из величайших ученых в этой области. Она сумела определить место каждого из атомов, и поэтому нам сейчас известна связь между химическим строением и некоторыми свойствами пенициллина.
Теперь мы можем спросить: а как дело обстоит с человеком? Каково его молекулярное строение? Эта проблема кажется невероятно трудной для исследования, однако химики начали ее изучать. Человеческий организм состоит из тысяч различных типов простых молекул и тысяч различных типов очень сложных молекул. Например, красный цвет крови объясняется присутствием одного из протеинов — гемоглобина. Внутри красных клеток крови заключены мириады молекул гемоглобина. Они содержат четыре атома железа. Вот эти атомы железа и соседние с ними атомы и сообщают гемоглобину его красный цвет.
Но в этой молекуле много других атомов — углерода, водорода, кислорода, азота. Всего молекула гемоглобина содержит около 10 тысяч атомов. Это делает молекулу гемоглобина настолько сложной, что представляется крайне затруднительным определить ее молекулярное строение. Однако ученые многих стран мира все же пытаются сделать это.
Но и не зная молекулярного строения гемоглобина, мы все-таки можем рассказать о нем кое-что интересное. Существует, например, болезнь серпоклеточная анемия, или, иначе, малокровие с серповидными эритроцитами. Это одна из разновидностей анемии, которая переходит по наследству от родителей к их детям и которая, как выяснилось, вызывается анормальными молекулами гемоглобина.
Открытие это было сделано в нашей лаборатории в Пасадине около восьми лет назад.
Восемь лет назад ни одна болезнь еще не объяснялась, как заболевание молекулярное. Малокровие с серповидными эритроцитами — это болезнь, при которой эритроциты — красные тельца крови — меняют свою форму. Они становятся длинными, вытянутыми или иногда изогнутыми наподобие серпа. Болезнь эта была обнаружена около сорока лет назад и при этом было отмечено, что красные кровяные тельца поменяют свою форму только в венах, где гемоглобин лишен кислорода. Поэтому предположили, что возникновение этой болезни связано с характером гемоглобина.
Молодой исследователь нашей лаборатории, доктор Харвей Итоно, который незадолго перед этим получил степень доктора, приступил к исследованию этой болезни. Он сумел показать, что гемоглобин в красных кровяных тельцах пациентов, страдающих анемией, непохож на тот, который находится в красных кровяных тельцах здоровых людей: молекулы его слипаются вместе в длинные палочки, которые затем соединяются одна с другой и образуют кристалл. Со временем кристалл удлиняется и становится даже длиннее, чем само красное кровяное тельце. Этим и вызывается изменение его формы. Эти видоизменившиеся красные кровяные тельца разрушаются селезенкой быстрее, чем вырабатываются организмом, и в результате человек умирает от малокровия.
Доктор Итоно провел простой эксперимент. Он поместил некоторое количество гемоглобина в середину маленького сосуда (в форме кормушки для животных), который содержал соляный раствор, а на обоих концах сосуда укрепил электроды. Когда в сосуд помещали нормальный гемоглобин, он двигался под влиянием электрического поля к положительно заряженному электроду. Это показывало, что молекулы имеют отрицательный электрический заряд. Но когда поместили в тот же сосуд гемоглобин больных людей, он стал двигаться в противоположном направлении — к отрицательно заряженному электроду. Значит, эти молекулы гемоглобина имели положительный электрический заряд. Разница между электрическим зарядом двух видов гемоглобина составляет приблизительно три электронных соединения. Этот эксперимент совершенно ясно и определенно показал, что у больных этой болезнью вырабатывается анормальный гемоглобин. Появление этого анормального гемоглобина зависит от ген.
Гены — это молекулы, определяющие наследственность. Каждый новорожденный наследует несколько тысяч ген от своих родителей. Мы не знаем точно, в чем заключается процесс, но гены каким-то образом вырабатывают молекулы различного рода, и от этого зависит, какой рождается ребенок. Именно поэтому ребенок похож на своего отца и на свою мать.
И вот, когда доктор Итоно взял кровь отца больного ребенка и поместил ее в аппарат, он обнаружил, что его гемоглобин разделяется на две части. Одна часть его двигалась в направлении, в котором движется нормальный гемоглобин, другая — в обратном, по пути анормального гемоглобина. У отца, а также у матери вырабатывалось два вида гемоглобина, у них в клетках крови было поровну обоих видов гемоглобина. Известно, что в таком случае каждый из них имеет один нормальный ген, вырабатывающий нормальный гемоглобин, и один анормальный ген, вырабатывающий гемоглобин анормальный.
Когда двое таких людей женятся, то половина их детей унаследует один нормальный ген от одного из родителей и один анормальный ген — от другого, и они будут здоровыми, как их родители. У них не возникнет заболевания, даже если они вырабатывают некоторое количество анормальных молекул. Четвертая часть детей, согласно теории наследственности, унаследует два анормальных гена — один анормальный ген от отца и один анормальный ген от матери. Они будут вырабатывать только анормальный гемоглобин, и у них появится это серьезное заболевание — малокровие с серповидными эритроцитами.
С течением времени мы обнаружили в нашей лаборатории в Пасадине несколько других видов анормального гемоглобина, связанных с некоторыми другими заболеваниями, — различными типами наследственной гемолитической анемии.
Я считаю, что сейчас настало время, когда у нас появляются все более глубокие познания в области определения болезни с точки зрения молекулярной — основанной на наших знаниях о молекулах, составляющих человеческий организм. Я считаю, что медицина подходит сейчас к той ступени, когда она превратится в истинную науку, такую, как химия и физика. Я думаю, что следующие пятьдесят лет будут настоящим золотым веком для биологии и медицины, так же как последние пятьдесят лет были золотым веком для физики и химии.
Итак, наши труды над строением молекул привели нас в область биологии и медицины. Вот почему меня интересуют такие биологические вопросы, как происхождение жизни на Земле, и почему профессор Опарин счел нужным пригласить мою жену и меня принять участие в симпозиуме по происхождению жизни.
Теперь мне хотелось бы поговорить о некоторых других аспектах молекулярного строения человеческого организма.
Почему встречаются люди, у которых имеется нездоровый ген, ген, вырабатывающий эти анормальные молекулы гемоглобина?
Ответ можно дать такой: ген — это молекула, молекула нуклеиновой кислоты, имеющая определенную структуру. И если она является нормальной, то может вырабатывать нормальные молекулы гемоглобина. Но если этот ген, эта молекула нуклеиновой кислоты повреждена, она эту функцию выполнять не в состоянии.
Возможно, например, что десять тысяч лет назад космический луч, пройдя огромное пространство, ударил по молекуле нуклеиновой кислоты в каком-то человеческом организме, и превратил ее в измененную молекулу. Он повредил ее так, что она выработала вместо нормальной анормальную серповидную гемоглобиновую молекулу. Эта мутация, вызванная радиацией, — очень важный процесс, И особенно он важен для нас сейчас.
Двадцать лет назад была познана природа атомных ядер. Ученые нашли возможность освобождать основные запасы энергии, заключенные внутри атомного ядра.
Это — великое открытие, я сказал бы, что это — величайшее открытие, которое было сделано с тех пор, как человек десятки тысяч лет назад нашел способ добывать огонь. Но открытие это позволило также производить атомные бомбы, водородные бомбы, ядерное оружие. Вам должно быть понятно, почему об этом открытии должны думать люди во всем мире, почему ученые, как я, например, которые разбираются в научных методах, — так как это является нашей профессией — обязаны выражать свои мнения, помогать всем людям разобраться в том, каков мир сегодня.
Итак, один из результатов взрыва ядерной бомбы заключается в том, что образуются радиоактивные атомы, искусственные радиоактивные атомы, такие, как стронций 90, цезий 137. Они поднимаются в атмосферу, рассеиваются над всей поверхностью Земли, падают на Землю и проникают в организмы людей.
Когда некоторые из этих радиоактивных атомов — стронций 90, цезий 137 — проникают в человеческий организм, атом может расщепиться, претерпеть радиоактивный распад и вызвать излучение, радиацию. Можно представить себе этот луч, как маленькую пулю. Когда настоящая стальная пуля проходит через тело человека, она может вырвать часть какого-нибудь органа, повредить этот орган или же может случиться так, что она пройдет через какие-то ткани не очень важные для организма, и человек, в которого попала пуля, может выжить. Точно так же маленькие «пули», производимые радиоактивными атомами, способны поразить одну из важных молекул в клетке и повредить ее так, что она станет больной молекулой.
Может случиться, что «пуля» не поразит молекулы и человек не пострадает. Но если, к несчастью, будет поражена «пулей» радиации молекула нуклеиновой кислоты, тогда человек, в организме которого это произошло, может умереть от лейкемии, рака костей или какой-то другой болезни. Или же он может передать это повреждение молекулы своему ребенку, который в таком случае будет неполноценным ребенком — он или умрет, или, возможно, передаст это повреждение своему внуку или более позднему потомку, так что рано или поздно будет рожден серьезно неполноценный ребенок.
Хотя последствия кажутся не очень значительными в определенном смысле, все же мы должны спросить, насколько они серьезны? Какое количество людей поражается радиоактивностью, радиоактивными атомами, возникающими при испытаниях ядерных бомб, проводимых Соединенными Штатами, Россией и Великобританией в течение последних пятнадцати лет? Сколько человек?
Мой коллега, профессор Льюис из Калифорнийского технологического института, провел очень тщательное изучение всех данных, относящихся к действию радиации, вызывающей у людей лейкемию. Лейкемия — это один из видов рака крови. Профессор Льюис обнаружил данные, свидетельствующие, что человек, который подвергся какому-то радиоактивному облучению — рентгеновскими или космическими лучами, естественной или выпадающей радиацией, может умереть от лейкемии.
Например, те, кто выжил после взрыва в Хиросиме и Нагасаки, подверглись определенной дозе облучения. Имеется возможность определить, какую дозу они получили. Многие из них умирают каждый год от лейкемии — в год примерно два из миллиона. Это позволяет рассчитать, что на 150 тысяч людей, которые умирают каждый год, около 20 процентов — 30 тысяч умирают от лейкемии, вызванной космическими лучами и естественной радиацией.
Мы в состоянии утверждать, что результаты испытания бомб могут вызвать смерть приблизительно за период в несколько лет еще 15 тысяч человек от лейкемии.
Наблюдается также и другое действие радиации. Я упомянул, что важные молекулы нуклеиновой кислоты — гены — определяют природу наших детей. Некоторые из этих ген поражаются выпадающей радиацией. Поэтому в последующие годы число серьезно неполноценных детей увеличится в результате испытания ядерных бомб, которые уже произведены. Генетики определили, что при нынешнем количестве испытаний можно ожидать, что каждый год во всем мире будет рождаться 5 тысяч серьезно неполноценных детей, которые при других условиях, если бы испытания бомб не производились, были бы не дефективными, а нормальными детьми.
Я считаю, что вред, который наносится человеческой эмбриоплазме, генам, этим молекулам нуклеиновой кислоты, которые определяют природу человечества, — этот вред может служить для нас предостережением против новой мировой войны, атомной войны.