Таємниці отрути

…Силурійська епоха. 410 мільйонів років тому. З бурхливого океану вийшли перші сухопутні мешканці Землі. Павукоподібні, схожі на скорпіонів, вони вступили в боротьбу за існування, Десь на роздоріжжі цієї боротьби, на якійсь сходинці еволюції скорпіони придбали жало з отрутою. З’явилося плем’я слабких, примітивних, але неприступних завдяки єдиному скарбу — отруті. Але занадто висока ціна недоторканності, — скорпіони вибули з еволюції, зробивши лише один крок. Сучасні їх представники майже не відрізняються від своїх пращурів; 500 видів скорпіонів утворили тупикову гілку еволюції. Решта пішли тернистим шляхом…

При ураженні отрутою можливі два результати: швидка смерть або приховане ураження; організм виживає, але набуває зміни в спадковому апараті — мутації. Тягар цих змін несе його потомство, воно підхоплюється природним відбором. У такому плані отрути — суттєва рушійна сила еволюції. І тоді еволюція — це гончарний круг мутагенезу плюс сувора рука природного відбору.

В процесі боротьби за існування багато живих організмів беруть на озброєння хімічні отрути. Мікроорганізми отримують високоефективні антибіотики і токсини, павуки та змії — отруйне жало. Вищі організми виробляють витончений апарат фагоцитозу та імунологічного захисту. Рослини створюють особливі речовини — алкалоїди.

Все більше розкручується гончарний круг мутагенезу, прискорюються темпи еволюції. Юрський період — 100-160 мільйонів років тому: з’явився загальний предок людини і коня. Третинний період — 44 мільйони років тому: з’явилися примати; 11 мільйонів років тому: з’явився загальний предок людини і горили.

…Проносяться варіанти, повторення і знову варіанти, Виникають і згасають цілі види…

Четвертинний період — близько 2 мільйонів років тому: з’являється людина. І за цей час, скажімо, по одній ознаці, будові а-ланцюгів гемоглобіну (білок з 574 амінокислотних залишків) — всього одна мутація, одне амінокислотне заміщення за 14,5 мільйонів років у розрахунку на 100-160-мільйонолітній період.

З точки зору хіміка, великою подією в розвитку людини був той момент, коли наш далекий предок вперше вмочив стрілу в сік отруйної рослини. Це було початком викрадення отрути у природи.

Нікчемні кількості отрут — двигуни еволюції. Нікчемні кількості бактеріальних отрут — чинний початок збудників ураганів інфекційних захворювань, що змітали народи і цивілізації. Нікчемні кількості отрут — чинний початок ліків для боротьби із збудниками хвороб, засобів для знищення бур’янів і підвищення продуктивності полів; отрути — це, нарешті, спорідненість відтворення окремих етапів еволюції, для отримання нових сортів культурних рослин і корисних мікроорганізмів.

У чому ж хімічний сенс дії отрут? Чому їх нікчемні кількості призводять до таких зримих біологічних ефектів? Чому?

Отрути уповільненої дії

Вплив хімічних мутагенів — дуже ефективний засіб зміни спадкових ознак.

Малі дози мутагенів не надають відразу ж помітного впливу на організм. Але в його статевих клітинах мутагени викликають приховані зміни, які відповідно до законів Менделя оголюють яскраве різноманіття нових ознак лише в потомстві. Зміни можуть бути настільки глибокими, що організм гине на стадії ембріонального розвитку (летальна мутація) або з’являється на світ з таким тягарем дефектів, що існує на межі між життям і смертю.

Яскравий приклад успадкованої мутації — молекулярна хвороба, серповидно-клітинна анемія. Одна з 574 амінокислот гемоглобіну — глутамінова кислота — заміщається на валін. В результаті розвивається важке, як правило, смертельне захворювання, поширене у жителів обширної зони, яка охоплює узбережжя Середземного моря, Африку і Південну Азію.

Мутагени можуть діяти і на соматичні клітини (всі клітини організму, крім полозих). Соматичні мутації, природно, не успадковуються потомством організму, вони передаються потомству клітин ураженого органу. Результат — загибель клітин, виникнення ракових клітин або порушення обміну речовин.

Виявилося, що соматичні мутації лежать в основі дії таких начебто далеких один від одного агентів, як іонізуюче випромінювання і отруйна речовина — іприт. І це породжує схожість у проявах їх дії на організм. Ураження настає не відразу, а після прихованого періоду. Той факт, що хімічна речовина моделює біологічну дію випромінювання, дозволяє зробити припущення про те, що вражаючий і мутагенний ефект радіації зумовлений утворенням в організмі проміжних хімічних продуктів.

Вченим В. Рапопортом був відкритий мутагенний ефект деяких органічних сполук. Цей самовідданий мисливець за мутагенами знайшов три найпотужніших хімічних агента: етиленімин, 1,4-біс-диазоацетил-бутан і нитрозоалкилмочевин. Разюче, що активні угруповання цих трьох мутагенів входять в молекули природних отрут — антибіотиків: митомицинз, азасерин і стрептозотоцин. Природа давним-давно вибрала найбільш активні структури для мутагенного двигуна еволюції. Але природні мутагени — це складні молекулярні конструкції; у штучних ж мутагенах з них маскування скинуто, оголені їх діючі скелети, в результаті мутагена активність значно вища.

В Інституті хімічної фізики під дією мутагенів на пшениці були відтворені саме ті мутації, які з’являлися в ході еволюції. Багатовіковий процес появи і відбору нової ознаки в ході еволюції вченим вдалося з величезним прискоренням «прокручувати» на лабораторному столі. Замість природного — штучний відбір нових форм організмів з корисними людині ознаками. Порушена найвища монополія природи!

Після обробки хімічними мутагенами у рослин і мікроорганізмів поряд з шкідливими змінами виникає до 15— 20% корисних. Ці ознаки селекцією закріплюються в високоврожайних сортах і високопродуктивних штамах. Місце «удару» мутагену,— ділянки ДНК. Хімічні речовини змінюють у них послідовність основ, порушується первородний код білкового синтезу, змінюється план організму. В цьому і є хімічний сенс мутації, сенс заміни, наприклад, глутамінової кислоти валіном в білку гемоглобіну.

Отрути мутагенного типу вражають інформаційний життєвий центр; найменші зміни ведуть до принципових змін при втіленні спадкової інформації в реальність білка.

Далі буде.

Автори: І. Кнунянц, Р. Костяновський.