piramidy.jpg

2014-05-07

Інсулін

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Інсулін

Історія інсуліну - це ціла колекція фантастичних сюжетів про те, як робляться видатні наукові відкриття.

Інсулін займає в історії науки особливе місце. За одну й ту ж молекулу Нобелівський комітет двічі присуджував премію: у 1923 році - за його відкриття (Фредеріку Бантінгу і Джоні Маклеод), а в 1958-му - за встановлення його хімічного складу Фредеріку Сенгеру (інсулін і тут виявився першим - першим білком з повністю розшифрованою послідовністю амінокислот). Сенгер до того ж був першим з хіміків, який отримав Нобелівську премію двічі (другий раз - в 1980-му, разом з Полом Бергом і Уолтером Гілбертом, за розробку методів розшифровки нуклеїнових кислот). У 1978 році інсулін став першим людським білком, синтезованим в генетично модифікованій бактерії. З інсуліну почалася нова епоха в біотехнології: в 1982 році американська компанія Genentech стала продавати натуральний людський інсулін, синтезований в біореакторі генно-модифікованими бактеріями кишкової палички.

В історії відкриття інсуліну з волі випадку зібрана ціла колекція невигадані сюжетів про те, як робляться відкриття - схоплений за хвіст успіх і нагорода за маніакальну завзятість, неоднозначна роль наукового керівника, негарна боротьба за пріоритети і приклади рідкісного благородства та безкорисливості, жалісливі історії чудесних зцілень, слава і забуття... Єдине, що в цій історії не цілком типове - це немислима швидкість впровадження відкриття в практику: від геніального осяяння до перевірки дії препарату на собаках з ампутованою підшлунковою залозою минуло лише три місяці, через вісім місяців інсуліном вилікували першого пацієнта, а через два роки фармацевтичні компанії могли забезпечити ним усіх нужденних.

Більшість з живучих на Землі приблизно двохсот мільйонів діабетиків страждають так званим діабетом другого типу - інсулін в їхньому організмі виробляється, але частково або повністю не діє на мембрани клітин. Найчастіше порушення синтезу мембранних білків - рецепторів інсуліну пов'язане з хронічним переїданням і ожирінням. При цій формі хвороби ін'єкції інсуліну абсолютно безглузді, але можна підтримувати себе у відносно непоганому стані за рахунок низькокалорійної дієти з мінімумом вуглеводів, а якщо необхідно, приймати препарати, які знижують рівень глюкози в крові. Якщо вчасно поставити діагноз і дуже постаратися, ретельно виконуючи всі рекомендації лікаря, можна навіть знову привчити клітини до нормальної реакції на інсулін. Але найкраще лікування - це профілактика.

Приблизно 10-15% діабетиків хворіють на діабет першого типу - в їхній підшлунковій залозі інсулін не синтезується зовсім або (хоча б спочатку) виробляється в недостатній кількості. Найчастіше причиною діабету I типу стає генетично обумовлений збій в імунній системі: лімфоцити починають руйнувати бета-клітини острівців Лангерганса, які синтезують інсулін, приймаючи їх за ворогів. До відкриття інсуліну такі хворі були приречені: через кілька років після початку захворювання в організмі порушувався не тільки вуглеводний, а й жировий обмін (його регуляція - ще одна з функцій інсуліну). 

Отруєння продуктами розпаду жирів - ацетоном і ацетооцтовою кислотою - призводило до гіперглікемічної коми (гіперглікемія - надлишок цукру в крові) і смерті. Коли у видихуваному повітрі хворим починав відчуватися запах ацетону, це було вірною ознакою початку кінця.

По суті діабет і зараз залишається невиліковною хворобою: бета-клітини не відновлюються і хвороба, одного разу почавшись, може тільки прогресувати. Єдиний порятунок для хворих - регулярні ін'єкції інсуліну. Тоді (зрозуміло, теж при дотриманні дієти) можна дожити до глибокої старості без істотного зниження якості життя. Щоб довести себе до гіперглікемічної коми, треба бути або жебраком жителем зовсім поганої країни, що розвивається, або старанно порушувати рекомендації лікаря. Більш вірогідною є гіпоглікемічна кома, викликана різким падінням концентрації глюкози в крові - наприклад, від поєднання передозування інсуліну і голоду. Більшість діабетиків про всяк випадок завжди носять із собою кілька шматочків рафінаду.

Втім, навіть при регулярних ін'єкціях інсуліну діабет залишається дуже важкою хворобою. Зокрема, через пов'язані з діабетом порушення обміну речовин у тканинах у світі кожні 30 секунд відбувається ампутація ноги. Інакше незагойна трофічна (викликана порушенням харчування тканин) виразка неминуче призведе до гангрени.

З давніх-давен до початку двадцятого століття викликану діабетом слабкість, стомлюваність, постійну спрагу і, відповідно, мочевиснаження (до двадцяти літрів сечі на добу!), незагойні виразки на місці найменшої ранки та інші страждання хворого можна було продовжити єдиним емпірично знайденим способом - морити його голодом. При діабеті II типу це допомагало досить довго, при I типі - розтягувало муки на кілька років.

Причина хвороби стала почасти зрозуміла в 1674 році, коли один із засновників Лондонського королівського товариства, лікар Томас Вілліс здогадався спробувати сечу хворого на смак. Вона виявилася солодкою - як з'ясувалося через багато років, через те, що організм будь-якими шляхами позбавлявся від цукру. Вчені колеги підняли Вілліса на сміх. Потім наукова цікавість перемогла, лікарі визнали, що солодка сеча - характерний симптом діабету, але тільки в 30-х роках XIX століття вдалося остаточно встановити зв'язок захворювання з порушенням обміну вуглеводів. У середині XIX століття був виявлений зв'язок діабету з порушеннями функції підшлункової залози. У 1916 році англійський фізіолог Едуард Шарпі-Шефер припустив, що рівень цукру в крові регулює гормон, який виробляють клітини, що утворюють в підшлунковій залозі острівці неправильної форми, відкриті в 1869 році німецьким анатомом Паулем Лангергансом. Шарпі-Шефер запропонував назвати цей гормон інсуліном (від латинського insula - острівець).

Після всіх цих відкриттів залишалося головне - виділити інсулін з підшлункових залоз тварин і застосувати його для лікування людей. Першим, кому це вдалося, виявився канадський лікар Фред Бантінг.

Можливо Бантінгу допомогло те, що проблемою діабету він зайнявся без досвіду роботи і серйозної наукової підготовки. Прямо з батьківської ферми він вступив до університету Торонто - спочатку на богословський факультет, але незабаром перевівся на медичний, з 1916 року служив в армії, працював хірургом у польовому госпіталі, в 1918-му був тяжко поранений, але на госпітальному ліжку читав не романи, а спеціальну літературу - в основному з діабету. У Фреда були з діабетом особисті рахунки: його друг дитинства помер від цієї хвороби.

Після демобілізації кавалер Військового Хреста Бантінг влаштувався на посаду молодшого викладача анатомії і фізіології і насамперед кинувся до завідуючого кафедрою фізіології університету Торонто, професора Джона Маклеода, з пропозицією зайнятися виділенням гормону підшлункової залози. По правді кажучи, нічого, окрім ентузіазму, запропонувати професору він не міг, а Маклеод, великий фахівець в області діабету, чудово знав, скільки відомих учених декілька десятиліть безуспішно билися над цією проблемою. Тому пропозицію колишнього студента та льотчика і майбутнього вченого, він відхилив. Очевидно, чемно і не надто категорично, тому що через кілька місяців Бантінг повернувся не тільки з ентузіазмом, а й з ідеєю, яка осяяла його о 2 годині ночі в квітні 1921-го: перев'язати протоки підшлункової залози (вона синтезує і виділяє в дванадцятипалу кишку травні ферменти: амілазу, яка розщеплює крохмаль; ліпазу, що розщеплює жири; ренін, що робить з молока сир, трипсин і хімотрипсин, які розкладають білки), щоб у ній перестав вироблятися трипсин.

Ідея виявилася правильною: спроби попередників Бантінга були невдалими в тому числі й тому, що трипсин встигав, як мінімум, частково розкласти білкові молекули інсуліну раніше, ніж їх вдавалося виділити з екстракту тканин залози.

Маклеод все одно збирався на декілька місяців виїхати до Європи, досліди Бантінг був згоден ставити за свій рахунок, тому професор дозволив йому два місяці користуватися своєю лабораторією і навіть виділив у помічники студента-дипломника Чарльза Беста. Крім інших переваг, Чарлі умів віртуозно визначати концентрацію цукру в крові та сечі. Кошти на здійснення своєї мрії Бантінг добув єдиним доступним йому способом: продав усе своє майно. Чи багато було цього майна, історія замовчує, але на отримання перших результатів виручених грошей вистачило.

Коли професор повернувся з рідної Шотландії, спочатку він мало не вигнав Бантінга з лабораторії (два обумовлених місяця скінчилися), але, розібравшись чого встигли досягти Фред і Чарлі, негайно підключив до цієї роботи всю кафедру на чолі із собою, а для відпрацювання методу очищення препарату від домішок запросив відомого біохіміка Джеймса Колліпа. Через місяць метод одержання інсуліну був в загальних рисах розроблений, а ще через кілька місяців група дослідників під керівництвом Маклеода навчилася виділяти інсулін з підшлункових залоз телят та корів. Як з'ясувалося пізніше, коров'ячий інсулін відрізняється від людського трьома амінокислотами, але він цілком годиться для того, щоб знижувати рівень цукру і в людській крові.

Примітно, що Бантінг не скористався можливістю казково розбагатіти і не став подавати заявку на патент. Але це не єдиний казковий епізод в історії відкриття інсуліну.

Зрозуміло, спочатку розробники за звичаєм тодішніх лікарів спробували препарат на собі - тепер це називається «перша стадія клінічних випробувань». Правила застосування нових лікарських препаратів в ті роки були набагато простішими, ніж зараз, а хворі продовжували вмирати, так що інші стадії довелося проходити паралельно з вдосконаленням методів виділення й очищення препарату, визначенням точного дозування та іншими (дійсно необхідними!) етапами перевірки препарату. Військовий хірург Бантінг і його колеги недовго мучилися з вибором: продовжити дослідження за всіма правилами - або ризикнути прямо зараз зробити укол хлопчикові, який без цього уколу гарантовано помре за кілька днів. По суті, це відповідає прийнятому зараз II етапу клінічних випробувань: переконавшись, що новий препарат не шкодить здоровим людям, його застосовують паралельно зі звичайним лікуванням на невеликій групі найважчих хворих. Щоправда, перша спроба виявилася невдалою: неочищений екстракт підшлункової залози не подіяв, але через три тижні, 23 січня 1922 року, після ін'єкції сяк-так очищеного інсуліну у 14-річного Леонарда Томпсона знизилася концентрація цукру в крові.

Серед перших пацієнтів Бантінга був його друг, за професією теж лікар, Джо Джілкрайст. Вилікувавшись, він став одним з найближчих співробітників Бантінга. Ще одну з перших пацієнток, дівчинку-підлітка, привезла зі Штатів у Канаду її мати, лікар за професією, яка почула про новий препарат з випадкової розмови з колегою - медсестрою з Торонто. Бантінг прямо на пероні вокзалу зробив укол дівчинці, яка до цього часу була вже в комі. Дівчинка після цього «просиділа на голці» близько шістдесяти років і померла лише наприкінці 1980-х.

На Нобелівську премію роботу Бантінга і Маклеода висунули через рік з невеликим після першої публікації про виділення інсуліну. Теж свого роду рекорд - зазвичай Нобелівський комітет не поспішає.

В черговій різдвяній історії роль доброї феї зіграв лауреат Нобелівської премії з медицини 1920 року данець Август Крог. Його дружина (лікар-ендокринолог) хворіла на діабет, і коли Крога запросили прочитати курс лекцій в Єльському університеті, подружжя спланувало поїздку так, щоб побувати заодно і у колег в Торонто. У Марії Крог від ін'єкцій інсуліну настало стійке поліпшення, натхненний Крог відкрив у собі талант бізнесмена, отримав ліцензію на використання методу очищення інсуліну і в грудні 1922 року розпочав його виробництво на фармацевтичній фабриці під Копенгагеном. Зрозуміло він не міг не опинитися в групі товаришів, які висунули кандидатури Бантінга і Маклеода на здобуття Нобелівської премії 1923 року. До речі, спадкоємиця фірми Августа Крога, данська фармацевтична компанія «Ново Нордіск», досі є одним з найбільших виробників інсуліну - але вже генноінженерного.

Далі - знову суцільне розчулення. Золоті медалі навпіл не розпиляли, але свої преміальні Бантінг порівну поділив з Чарльзом Бестом, а Маклеод (хоч скупість і вважають типовою рисою шотландського національного характеру) - з Джеймсом Колліпом, що розробив метод очищення інсуліну.

Потім ідилія дала тріщину. Маклеод і співробітники його лабораторії, претендуючи на провідну роль у відкритті інсуліну, влаштували непривабливу боротьбу за пріоритети з Бантінгом і Бестом. У результаті ображений Маклеод в 1928 році повернувся на батьківщину, до Шотландії, скромно завідував кафедрою фізіології в університеті міста Абердіна і помер у 1935 році. У тлумачному словнику з прикладної генетики стаття про інсуліні закінчується так: «І. відкритий Ф. Бантінгом і Ч. Бестом у 1921-1922 рр.., а його первинна структура (вперше для білків взагалі) встановлена Ф. Сенджером в 1945-1956 рр.. ».

У Канаді Бантінг став національним героєм. У 1923 році (через 7 років після закінчення) університет Торонто присвоїв йому ступінь доктора наук, обрав професором і відкрив нове відділення - спеціально для продовження роботи Бантінга і Беста. Канадський парламент виділив йому довічну щорічну пенсію в $7500. У 1930 році Бантінг став директором науково-дослідного інституту імені Бантінга і Беста(!), був обраний членом Королівського товариства в Лондоні, в 1934-му отримав звання лицаря Великобританії і т.д...

А з початком Другої світової він знову пішов добровольцем до армії - вже не хірургом, а організатором медичної допомоги. 22 лютого 1941 літак, в якому летів з Канади до Англії п'ятдесятирічний майор, ветеран минулої світової війни сер Фредерік Бантінг, зазнав аварії над сніжною пустелею Ньюфаундленду.

Пам'ятники Бантінгу стоять на його батьківщині, в канадському містечку Лондон (провінція Онтаріо) і в меморіальному парку поряд з Масгрейв Харбор, недалеко від місця його загибелі. А 14 листопада - день народження Ф. Бантінга - відзначається як Всесвітній день боротьби з цукровим діабетом.

За матеріалами popmech.ru.