Постскриптум

Постскриптум (ответ академику В. Т. Иванову)

В ответ на предисловие к нашей статье члена редколлегии журнала "Природа" академика В. Т. Иванова считаем необходимым сделать следующие замечания.

1. "Скромность - мать всех пороков", - любил повторять Дмитрий Иванович Менделеев, самый великий ученый нашей страны за всю ее историю. Почему он так думал? Мы полагаем - потому, что "скромность" и чувство собственного достоинства - естественная и законная гордость Мастера хорошо сработанным делом Периодическим законом и Периодической системой химических элементов - вещи несовместимые.

2. Что касается названия статьи, то общепринятой цели названия научной статьи - лаконичному представлению ее содержания, мы полагаем, оно вполне удовлетворяет.

3. Мы бы последовали вашему совету и заменили выражения типа "показали", "остается сделать вывод", "увидели", на иные, вами рекомендуемые, если бы в тексте этой статьи не содержались доказательства того факта, что вероятность случайности полученных нами результатов, свидетельствующих о верности разработанной нами теории, по меньшей мере 10^-15.Что - надеемся, вы согласитесь с нами - находится в явном противоречии с оценками этого результата в терминах "предположили", "постулировали" и т. п.

4. Вы утверждаете, что "спорно лихое сравнение ученых-биологов (за вычетом авторов) с обезьяной, получившей в руки печатную машинку". Мы, однако, считаем этот вопрос бесспорным, ибо речь идет о продуктах биотехнологии, представляющих собой лекарства. А как по-иному оценить работу, цель которой - получение лекарств, действующих на генном уровне, если она ведется цитируем нашу статью - "без точного, строгого, исчерпывающего понимания смысла генетических текстов", в результате чего "технические возможности современной биотехнологии дают человечеству немногим более, чем пищущая машинка печатающей на ней обезьяне, и потому результаты такой биоинженерной деятельности непредсказуемы и к тому же потенциально очень опасны".

И справедливость этого утверждения мы проиллюстрировали сообщениями, опубликованными в "Nature", продемонстрировавшими результат такой биоинженерной деятельности применительно к лечению больных диабетом биоинженерным инсулином человека: гибель во сне многих больных, которым вводили этот инсулин, по причинам, этим биотехнологам до сих пор непонятным.

Еще один ее пример, к счастью, пока менее трагичный, опубликован в трех номерах журнала "Nature" за 1993 г. В этих номерах: от 25 марта на с. 277, от 8 апреля - на с. 504-506 и от 15 апреля - на с. 576 - рассказано о крахе, постигшем вакцину против СПИДа, разработанную биотехнологической фирмой "MicroGene System" (США). Эта вакцина была заказана армией США для вакцинирования против СПИДа 2 млн. ее военнослужащих. Более того, армейское начальство настояло, чтобы конгресс США по просьбе этой фирмы ассигновал 20 млн. долл. на проведение клинических испытаний этой вакцины. Деньги были тут же выделены. И вдруг, после 5-8 лет работы, перед самыми испытаниями, "MicroGene System" отказалась от проведения этих испытаний. Почему?

Ответа, вразумительного даже для экспертов из Национальных институтов здоровья (Академии медицинских наук США), не последовало.

Отвечаем мы. "MicroGeneSystem" повела себя так потому, что испытание этой вакцины поставило бы на карту репутацию фирмы. А репутация дороже сотен миллионов долларов, затраченных на проектирование и изготовление вакцины даже против СПИДа.

Так в чем же дело, спросите вы? А ларчик открывается просто. Основа этой вакцины – гликопротеид поверхности вирионов этого вируса, gp160, т. е. вещество всей поверхности этих вирионов. А недавно неожиданно для западного ученого мира - было обнаружено что в состав gp160 входят фрагменты белков лимфоцитов организма человека (см. "Nature" от 8 апреля 1993 г.). Это, в свою очередь, означает (см. "Nature" от 15 апреля 1993 г.), что вакцинация этим гликопротеидом вызовет иммунологическое отторжение по меньшей мере самой иммунологической системы организма, в который ввели такую вакцину против СПИДа!

Следовательно, был обнаружен тот самый эффект, который один из нас предсказал еще в 1965 г. применительно к вирусам этого типа (псевдоаутоиммунологическим) в своей теоретической статье "Генетическая информация, используемая при синтезе компонентов вирусов, и противовирусный иммунинет", опубликованной в том же, 1965 г. ("Nature". V. 206. Р. 343-346; "Вопросы вирусологии". № 4. с. 499-504). А применительно к вирусу, вызывающему СПИД, - в средствах массовой информации еще в 1989 г. ("НТР: проблемы и решения".№ 4, 5), предупредив, что целостный gp160 по этой причине (из-за содержания в нем компонентов организма человека!) нельзя использовать для вакцинации. Но это предупреждение, доведенное по нашей просьбе Министерством здравоохранения СССР до Всемирной организации здравоохранения, было дружно и с презрением проигнорировано. И вот закономерный и заслуженный результат примата эксперимента над теорией.

Посвятив этой ситуации редакционную колонку номера от 15 апреля 1993 г., "Nature" в ее подзаголовке пишет дословно следующее: "Деньги, которые должны были попусту потратить на клинические испытания этой вакцины против СПИДа, лучше израсходовать на фундаментальную науку". Мы уверены, что если эти деньги будут израсходованы на разработку вакцины против СПИДа с позиций данной теории, то безопасная и эффективная вакцина против СПИДа будет получена в ближайшем будущем.

5. В вашем тексте далее совершенно справедливо утверждается, что в нашей статье не приводятся "прямые данные, которые бы демонстрировали реальность взаимодействий, обеспечивающих, по мнению авторов, специфичность узнавания аминокислотных остатков на первых этапах сворачивания белковой глобулы в соответствии с так называемым А-А-кодом". На наш взгляд, однако, сам этот вопрос сформулирован вами в принципе неверно. И неверно вот почему.

Действительно, согласно данной теории, в основном разработанной еще в 1980 г., образование А-А-связи между аминокислотными остатками полипептидов - это трехстадийный процесс, первая стадия которого - образование водородной связи между концевой полярной группой боковой цепи одного аминокислотного остатка данной А-А-пары (донором водорода этой водородной связи), и ОС-группой - компонентом остова полипептидной цепи второго аминокислотного остатка данной А-А-пары (акцептором водорода этой водородной связи), а вторая стадия - образование ван-дер-ваальсовых контактов между остальными атомами этих аминокислотных остатков. Реализация именно этих взаимодействий - необходимое условие возникновения А-А-связей. Необходимое, но не достаточное.

Сегодня мало кто сомневается в возможности образования между аминокислотными остатками этих биополимеров и таких водородных связей, и таких ван-дер-ваальсовых контактов (см., например, обзор [1]). Ибо и те, и другие обнаружены при РСА кристаллов этих биополимеров [2-4], о чем с соответствующими ссылками говорится в нашей статье.

Другое дело - ключевой вопрос о стереохимической основе специфичности А-А-свяэей, - выполнение условия достаточности (!), т. е. вопрос о том, чем отличается конфигурация водородных связей и вандер-ваальсовых контактов в связях, детерминированных А-А-кодом, от конфигурации водородных связей и ван-дер-ваальсовых контактов в связях, запрещенных А-А-кодом.

Мы получили ответ и на этот вопрос, но он выходит за рамки данной публикации.

6. Далее вы утверждаете, что в этой нашей статье "нет и прямых данных и об образовании упоминаемых в тексте тройных комплексов пар А-А с ионами К⁺ и (или) Са²⁺, а пар П-К - с ионами Na⁺ и (или) Мg²⁺". И что "при этом указанное обстоятельство не нашло отражения в тексте".

Однако, обращаясь к соответствующей странице текста нашей статьи, читаем: "В состав ряда А-А-связей, согласно данной теории, должны входить ионы К⁺ и (или) Ca²⁺, а в состав ряда П-К-связей - ионы Na⁺ и (или) Mg²⁺. То же "должны" сказано и в отношении связывания этих ионов молекулами ДНК и РНК, находящимися в соответствующей альтернативной конформации. Следовательно, речь идет о предсказании существования таких тройных пар, а вовсе не о том, что эти тройные пары уже обнаружены.

И любой читатель, располагающий соответствующими возможностями, может аналитически и экспериментально проверить эти предсказания данной теории.

Утверждаем, что реализация программы такой проверки - дело не только архиважное, не только финансово беспроигрышное, но и крайне доходное. Архиважное - потому, что получение положительного результата приведет не только к пониманию физико-химических и биологических основ электрофизиологии, но и к созданию простого инструмента регуляции этих важнейших и быстрейших процессов жизнедеятельности любых живых организмов. Беспроигрышное - потому, что предсказание, сделанное нами, исходя из данной теории, предсказание не только роли именно данных пар ионов: K⁺ + Ca²⁺ и Na⁺ + Mg²⁺, но и их антагонистического действия при данных процессах жизнедеятельности, получило за эти годы прямые аналитические и экспериментальные подтверждения [5-14] (число таких ссылок можно легко многократно умножить). Крайне доходное потому, что, исходя из результатов, полученных при реализации этой программы, можно будет разработать ряд новых лекарств, регулирующих электрофизиологические процессы. А, как хорошо известно, патент даже на одно лекарство стоит от 1 до10 млрд. долл.

7. Вы справедливо упрекаете нас в том, что в тексте этой нашей статьи "не упоминаются публикации, не подтверждающие вытекающей из А-А-кода комплементарности смысловых и антисмысловых пептидов и выражающие сомнение в обоснованности соответствующей концепции (например: Eberle А. N., Huber М. // J. Receptor Res. 1991. V. 11. Р. 13-43). И завершаете эту критическую - часть текста справедливым утверждением: "Вряд ли игнорирование критики - лучший аргумент в отстаивании своей позиции". Дело, однако, в том, что в этих публикациях критика обращена не в наш адрес.

Действительно, и в статье, на которую ссылаетесь вы, и во всех иных статьях данного плана речь идет не о коде стереокомплементарности аминокислотных остатков биологических пептидов, полипептидов и белков, открытом одним из нас еще в 1969 г., а о коде антикомплементарности аминокислотных остатков тех же биополимеров, опубликованном Блелоком в 1984 г. (см. обзоры [1, 15, 16]).

Конечно, оба эти кода по форме представляют собой одну и ту же таблицу. Все дело в трактовке.

Американцы трактуют "свой" код как код, детерминирующий отталкивание друг от друга этих аминокислотных остатков, а не их связывание друг с другом. Они утверждают, что пептиды, кодируемые комплементарными нитями ДНК, с которыми они имеют дело, представляют собой a-спирали, одна сторона которых сформирована гидрофильными аминокислотными остатками, а противоположная - гидрофобными, и что именно эти гидрофобные поверхности обеих a-спиралей сливаются друг с другом, приводя к связыванию этих пептидов вопреки их антикомплементарности.

Именно поэтому им, также как и их последователям, и их критикам, в голову не приходит, что именно данный код детерминирует и построение трехмерных молекул любых биологических пептидов, полипептидов и белков, и их взаимное узнавание и связывание, и, как следствие, взаимную комплементарность некоторых (но далеко не любых!) sense-antisense пептидов.

К сожалению, с обзорной статьей Eberle и др. мы не были знакомы. Нетрудно, однако, убедиться, что критика, содержащаяся в этой статье, действительно направлена в адрес Блелока и Смита, а не в наш, и сводится в основном к тому, что далеко не во всех 100 % случаев "антикомплементарные" пептиды связываются друг с другом.

В связи с этим снова обращаем ваше внимание, что, согласно А-А-коду, узнают друг от друга и связываются друг с другом не линейные цепи полипептидов, кодируемых комплементарными нитями ДНК, как таковые, а их трехмерные молекулы. И когда связывание таких полипептидов обнаруживается экспериментально, этот процесс адекватно моделируется согласно А-А-коду и данной теории. И, напротив, когда связывание друг с другом таких пептидов экспериментально обнаружить не удается, моделирование данного процесса построением их трехмерных молекул согласно А-А-коду и этой теории позволяет наглядно продемонстрировать причину неудачи. Сказанное справедливо и в отношении результатов экспериментов, анализируемых в этой статье.

8. И в заключение, завершая аргументацию п. 4. В том же "Nature" от 1 апреля 1993 г. (с. 450) рассказано о том, что генно-инженерными методами пытаются победить одно из тяжелейших неизлечимых заболеваний человека - паркинсонизм (дрожательный паралич), заболевание, поражающее в разных странах от 0,2 до 2 % всего населения. Наверное, и вы не раз встречали пожилых людей, еле передвигающихся из-за того, что и ноги, и руки, и голова их беспрерывно дрожат. Это и есть больные так называемым старческим паркинсонизмом.

Однако в первые годы после первой мировой войны в Европе было немало таких больных молодого возраста, у которых дрожательный паралич возник в результате осложнения особого вирусного эпидемического энцефалита, так называемой болезни Экономо.

С середины нашего века, когда больных шизофренией стали лечить транквилизаторами, у них иногда тоже развивался дрожательный паралич, проходивший, однако, когда им прекращали давать транквилизаторы.

Этот факт навел на мысль, что должны существовать такие химические соединения, введение которых животным должно вызывать дрожательный паралич. И действительно, такие химические соединения вскоре были найдены, и тем самым разработана модель паркинсонизма у животных.

Параллельно было установлено, что во всех этих случаях развитие дрожательного паралича и у животных, и у человека - прямой результат уменьшения содержания в определенных нейронах головного мозга диоксифенилаланина и его производного - диоксифенилэтиламина. И когда было установлено, что недостаточность этих нейромедиаторов - прямое следствие поражения определенной системы ферментов, катализирующих образование этих медиаторов в соответствующих нейронах, возникла идея: ввести в эти клетки гены, кодирующие эти ферменты, чтобы таким образом возместить утраченные при паркинсонизме функции.

Однако ввести эти гены именно в те нейроны, в которых нарушены эти процессы, пока не могут, ибо, не зная законов формирования и взаимного узнавания и связывания биополимеров друг с другом, не могут сделать решающего шага на пути к этой цели: спроектировать трехмерную систему, которая привела бы эти гены в нужную область ДНК нужных нейронов. И поэтому крысам, у которых вызван дрожательный паралич, вводят не эти гены как таковые или отремонтированные нейроны, а клетки мышц, в которые генно-инженерным способом введены гены, кодирующие эти ферменты. Но в результате получают лишь временное улучшение состояния этих подопытных животных и целый ряд осложнений впридачу, ибо "без точного, строгого, исчерпывающего понимания смысла генетических текстов..." и т. д.

Между тем Природой решение этой проблемы найдено давно, ибо она занимается генной инженерией с тех пор, как на пути к Человеку породила живые клетки: и создает новые гены, и посылает их туда, куда следует, по точному адресу, ошибаясь крайне редко. Потому что никогда не посылает гены "голыми", а сначала упаковывает их в "капсулы", компонентами поверхности которых являются "пропуска", предъявляемые один за одним по ходу продвижения этих "упакованных генов" через лабиринты органов, тканей и самых различных их клеток - к цели. И называются такие упакованные в "капсулы" гены вирусами!

Поняв это, один из нас еще в 1969 г. разработал теоретически и экспериментально - стратегию прицельной доставки лекарств, в том числе и генов, в заранее намеченные клетки, основанную на этом бионическом принципе (см.: Меклер Л. Б. и др. Об одной из возможностей получения органотропных и противовирусных препаратов // Докл. АН СССР. 1969.Т. 185. С. 183-186). Идея состояла в том, чтобы в качестве "пропусков" использовать белки поверхности соответствующих вирусов. Сегодня задача резко упростилась, ибо теперь мы знаем, как проектировать эти пропуска как таковые - соответствующие пептиды - W-петли. Поэтому, исходя из данной теории, вполне возможно реализовать на практике и эту стратегию - еще один шаг на пути к биотехнологии и универсальной медицине XXI в. уже сегодня!

Л. Б. Меклер, Р. Г. Идлис

ЛИТЕРАТУРА

1. Tropsha A. et al. Making sense from antisense: a review of experimental data and developing ideas on sense-antisense peptide recognition // J. Mol. Recognition.1992. V. 5. P. 43-54.

2. Ferran D. С. et al. Design and synthesis of a helix heparin-binding peptide // Biochemistry.1992. V. 31. P. 5010-5016.

3. Ippolitо J. A. et al. Hydrogen bond stereochemistry in protein structure and function //J. Mol. Biol. 1990. V. 215. P. 457–471.

4. Вruch M. D. et al. Side chain - backbone hydrogen bonbing contributes to helix stability in peptides derived from an-helical region of carboxipeptidase A // Proteins. 1991. V. 10. P. 130–139.

5. Dipankar S., Gilbert W. A sodium-potassium switch in the formation of four-stranded G4-DNA // Nature. 1990. V. 344. P. 410-414.

6. Milоs M. et al. Calcium Proton and Calcium-Magnesium Antagonism in Calmodulin: Microcalorimetric and Potentiometric Analyses // Biochemistry, 1986.V. 25. P. 6279-6287.

7. Gershman L. С. et al. High affinity divalent cation exchange on Actin / / J. Biol. Chem. 1991. V. 266. P. 76-82.

8. Sosa A. et al. Mg²⁺ is anessential activator of hydrolytic activity of membrane-bound pyrophosphatase of Phodospirillum rubrum // Biochem. J. 1992. V. 283. P. 561-566.

9. Вurnashev N. et al. Control by asparagine residues of calcium permeability and magnesium blockade in the NMDA receptor // Science. 1992. V. 257. P. 1415-1419.

10. Wang J. E. et al. Mobilization of calcium from intracellular store as a possible mechanism underlying the anti-opioid effectof angiotensin II // Neuropeptides. 1992. V. 22. P. 219-222.

11. Silva А. С. da, Reinасh C. Calcium binding induces conformatlonal changes in muscle regulatory proteins // TIBS. 1991. 16 February. P. 53-57.

12. Luan-Rilliet Y. et al. Thermodynamics of cation binding to Nereis sarcoplastic calciumbinding protein. Direct binding studies, microcalorimetry and conformational changes // Eur. J. Biochem. 1992. V. 208. P. 133-138.

13. MacLeod R. J. et al. Corticostatic peptides cause nifedipine-sensitive volume reductionin JeJunal villus enterocytes // Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 1991. V. 88. P. 552-556.

14. Кang S. et al. Metal ions cause the isomerization of certain intramolecular triplex // J. Biol. Chem. 1992. V. 267. P. 1259–1264.

15. Beattie J. Complementary peptides - theory and practice // J. Endocrinol. 1990. V. 126. P. 179-181.

16. Blalock J. E. Complementarity of peptides specified by "sense" and "antisense" strands of DNA // TIBTECH. 1990. V. 8. p. 140-144.

Опубликовано в журнале "Природа", 1993, № 5, стр. 67–70

Титульный лист | Физико-химическая биология | Меклер