Тайны ядов

…Силурийская эпоха. 410 миллионов лет назад. Из бушующего океана вышли первые сухопутные обитатели Земли. Паукообразные, похожие на скор¬пионов, они вступили в борьбу за существование, Где-то на перепутье этой борьбы, на какой-то ступеньке эволюции скорпионы приобрели жало с ядом. Появилось племя слабых, примитивных, но неприступных благодаря единственному сокровищу — яду. Но слишком высока цена неприкосновенности, — скорпионы выбыли из эволюции, сделав лишь один шаг. Современные их представители почти не отличаются от своих прародителей; 500 видов скорпионов образовали тупиковую ветвь эволюции. Остальные пошли тернистым путем…

При поражении ядом возможны два исхода: быстрая смерть или скрытое поражение; организм выживает, но приобретает изменения в наследственном аппарате — мутации. Бремя этих изменений несет его потомство, оно подхватывается естественным отбором. В таком плане яды — существенная движущая сила эволюции. И тогда эволюция — это гончарный круг мутагенеза плюс суровая рука естественного отбора.

В процессе борьбы за существование многие живые организмы берут на вооружение химические яды. Микроорганизмы получают высокоэффективные антибиотики и токсины, пауки и змеи — ядовитое жало. Высшие организмы вырабатывают изящный аппарат фагоцитоза и иммунологической защиты. Растения создают особые яды — алкалоиды.

Все более раскручивается гончарный круг мутагенеза, ускоряются темпы эволюции. Юрский период — 100—160 миллионов лет назад: появился общий предок человека и лошади. Третичный период — 44 миллиона лет назад: появились приматы; 11 миллионов лет назад: появился общий предок человека и гориллы.

…Проносятся варианты, повторения и снова варианты, Возникают и угасают целые виды…

Четвертичный период — около 2 миллионов лет назад: появляется человек. И за это время, скажем, по одному признаку, строению а-цепей гемоглобине (белок из 574 аминокислотных остатков) — всего одна мутация, одно аминокислотное замещение за 14,5 миллиона лет в расчете на 100—160-миллионолетний период.

С точки зрения химика, большим событием в развитии человека был тот момент, когда наш далекий предок впервые обмакнул стрелу в сок ядовитого растения. Это было началом похищения ядов у природы.

Ничтожные количества ядов — двигатели эволюции. Ничтожные количества бактериальных ядов — действующее начало возбудителей ураганов инфекционных заболеваний, сметавших народы и цивилизации. Ничтожные количества ядов — действующее начало лекарств для борьбы с возбудителями болезней, средств для уничтожения сорняков и повышения производительности полей; яды — это, наконец, сродство для воспроизведения отдельных этапов эволюции, для получения новых сортов культурных растений и полезных микроорганизмов.

В чем же химический смысл действия ядов? Почему их ничтожные количества приводят к столь зримым биологическим эффектам? Почему?

Яды замедленного действия

Воздействие химическими мутагенами — очень эффективное средство изменения наследственных признаков.

Малые дозы мутагенов не оказывают сразу же заметного влияния на организм. Но в его половых клетках мутагены вызывают скрытые изменения, которые в соответствии с законами Менделя обнажают яркое многообразие новых признаков лишь в потомстве. Изменения могут быть настолько глубокими, что организм гибнет на стадии эмбрионального развития (летальная мутация) или появляется на свет с таким бременем дефектов, что существует на грани между жизнью и смертью.

Яркий пример наследуемой мутации — молекулярная болезнь серповидно-клеточная анемия. Одна из 574 аминокислот гемоглобина — глутаминовая кислота — замещается на валин. В результате развивается тяжелое, как правило, смертельное заболевание, широко распространенное у жителей обширной зоны, охватывающей побережье Средиземного моря, Африку и Южную Азию.

Мутагены могут действовать и на соматические клетки (все клетки организма, кроме полозых). Соматические мутации, естественно, не наследуются потомством организма, они передаются потомству клеток пораженного органа. Результат — гибель клеток, возникновение раковых клеток или нарушение обмена веществ.

Оказалось, что соматические мутации лежат в основе действия таких вроде бы далеких друг от друга агентов, как ионизирующее излучение и отравляющее вещество — иприт. И это рождает сходство в проявлениях их действия на организм. Поражение наступает не сразу, а после скрытого периода. Тот факт, что химическое вещество моделирует биологическое действие излучения, позволяет сделать предположение о том, что поражающий и мутагенный эффект радиации обусловлен образованием в организме промежуточных химических продуктов.

Ученым И. Рапопортом был открыт мутагенный эффект некоторых органических соединений. Этот самоотверженный охотник за мутагенами нашел три самых мощных химических агента: этиленимин, 1,4-бис-диазоацетил-бутан и нитрозоалкилмочевины. Поразительно, что активные группировки этих трех мутагенов входят в молекулы природных ядов — антибиотиков: митомицинз С, азасерина и стрептозотоцина. Природа давным-давно выбрала наиболее активные структуры для мутагенного двигателя эволюции. Но природные мутагены — это сложные молекулярные конструкции; в искусственных же мутагенах с них сброшена маскировка, обнажены их действующие скелеты, в результате мутагенная активность значительно выше.

В Институте химической физики под действием мутагенов на пшенице были воспроизведены именно те мутации, которые появлялись в ходе эволюции. Многовековой процесс появления и отбора нового признака в ходе эволюции ученым удалось с громадным ускорением «прокручивать» на лабораторном столе. Вместо естественного — искусственный отбор новых форм организмов с полезными человеку признаками. Нарушена высочайшая монополия природы!

После обработки химическими мутагенами у растений и микроорганизмов наряду с вредными изменениями возникает до 15— 20% полезных. Эти признаки селекцией закрепляются в высокоурожайных сортах и высокопродуктивных штаммах. Место «удара» мутагена,— участки ДНК. Химические вещества изменяют в них последовательность оснований, нарушается первородный код белкового синтеза, изменяется план организма. В этом и есть химический смысл мутации, смысл замены, например, глутаминовой кислоты валином в белке гемоглобина.

Яды мутагенного типа поражают информационный жизненный центр; его малейшие изменения ведут к принципиальным переменам при воплощении наследственной информации в реальность белка.

Продолжение следует.

Авторы: И. Кнунянц, Р. Костяновский.