От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера

Впрочем, не будем застревать на терминологии и вновь обратимся к основной задаче драг-дизайна в новую эру: подобрать лиганд, эффективно взаимодействующий с пространственной структурой белковой мишени. Рентгеноструктурный анализ, ядерный магнитный резонанс, криоэлектронная микроскопия — все эти экспериментальные подходы сегодня в распоряжении драг-дизайнера. Если же по каким-то причинам молекулярную модель мишени не удается установить экспериментально, можно воспользоваться вычислительными методами. Идея гомологичного (гомологического) моделирования (или моделирования по гомологии) белков предполагает, что молекулы белков, принадлежащие к родственным эволюционным семействам и имеющие схожие аминокислотные последовательности, будут обладать и похожими пространственными структурами. А раз так, то можно воспроизвести еще не определенную экспериментально конформацию белка, уложив его аминокислотную последовательность на трехмерный «шаблон» родственного белка с уже известной трехмерной структурой. Это не так легко, но многие компьютерные программы — опять-таки, доступные в интернете — с этой задачей справляются. Там же, в интернете, существует и обширная коллекция шаблонов: в Банке данных о белках (Protein Data Bank, PDB) на сегодняшний день (в феврале 2019 года) содержится более ста тридцати семи тысяч пространственных структур белков и их фрагментов.

Но белковых структур, имеющих отношение к самому большому классу мишеней для существующих лекарств — рецепторам, связанным с G-белками, — в Банке всего около трехсот. Между тем этот класс белков наиболее интересен для драг-дизайна: напомним, 35 процентов лекарственных препаратов связываются именно с ними. Огромные белковые молекулы (в их цепочках насчитывается от трех до пяти сотен звеньев) пронизывают толщу клеточной мембраны и служат как бы посредниками между тем, что происходит снаружи клетки, и тем, что происходит внутри. Лекарства связываются с той их частью, что расположена с внешней стороны мембраны, а части рецепторов, доступные с внутренней стороны, взаимодействуют с комплексами особых G-белков, которые и инициируют разнообразные биохимические реакции уже в самой клетке. Как именно функционирует весь этот молекулярный механизм, пока ясно не во всех деталях; но известно стало уже многое.

Опять семерка

Выражение «рецепторы, сопряженные с G-белками», как легко догадаться, еще одна калька — на сей раз с англоязычного G-protein-coupled receptors. В начале двухтысячных мне довелось выступать в московском академическом институте с докладом, где упоминались и эти рецепторы. Выступал я, естественно, по-русски, а надписи на слайдах были по-английски, и когда дело дошло до G-protein-coupled receptors, я запнулся — не знал соответствующего русского термина. Мне подсказали — и тут-то я и услышал впервые словосочетание «рецепторы, сопряженные с G-белками». Длинновато, подумал я, и после выступления спросил у коллег, нет ли общепринятого краткого обозначения данного семейства белков, наподобие английского GPCRs. Да нет, ответили мне, разве что «серпентины» или «семиспиральные» — но так ли уж нужно сокращенное название?

Тогда я согласился, но сам вспомнил историю из своей молодости. В калининградском ресторане я сидел за одним столиком с хорошо уже подвыпившим индивидуумом, который пытался привлечь внимание своего знакомого, морского офицера, сидевшего в другом конце зала. «Майор, а, майор!» — кричал он на весь ресторан. Офицер встал, пересек зал, наклонился над ним и со сдержанным бешенством сказал: «Мое звание — капитан третьего ранга!» Но тот не растерялся: «Не могу же я кричать: "Капитан третьего ранга, а, капитан третьего ранга!"» — парировал он.

Слово «серпентины» ведет свое происхождение от «серпент» — змея по-французски и по-английски; серпантином словари называют узкую вьющуюся ленту или горную дорогу с резкими поворотами. Структура белков, о которых идет речь, в самом деле отдаленно напоминает такую дорогу: белковая цепочка пересекает мембрану, затем разворачивается на сто восемьдесят градусов и снова ее пересекает; так повторяется шесть раз.

Схематическое изображение семиспирального рецептора, встроенного в мембрану

Мембрана состоит из липидов, веществ, не растворимых в воде; поэтому в семи участках аминокислотной последовательности рецептора, внедренных в мембрану, преобладают аминокислоты гидрофобные, избегающие контактов с водой. Обычно длина этих участков около двадцати-тридцати аминокислот; чтобы полностью помститься в толще мембраны, им нужно принять конформацию уже знакомой нам альфа-спирали — цилиндра, в котором каждая четвертая аминокислота взаимодействует друг с другом. Семь спиралей-цилиндров, в свою очередь, формируют плотный пучок, пронизывающий мембрану насквозь — так называемый трансмембранный сегмент (ТМ-сегмент). Каждая последовательная пара цилиндров соединяется петлями — три петли торчат с наружной стороны мембраны и три с внутренней. Кроме того, мембраны выступают еще два фрагмента белковой цепочки — начальный (снаружи) и концевой (внутри). Эти фрагменты свободны от взаимодействий с мембраной, конформационные особенности различаются от рецептора к рецептору; структурный же мотив трансмембранного сегмента — упаковка из семи спиралей — повторяется для всех серпентинов, они же семиспиральные белки.

Число семь имеет особое, притом загадочное значение во многих религиях и мифологиях. От семи дней творенья до семи смертных грехов, до семи чудес света — всюду человечество по каким-то неясным причинам предпочитает другим числам именно это. Возможно, объяснение следует искать в психологии: было показано, что людям трудно одновременно запомнить более семи (плюс-минус два) единиц информации, не связанных друг с другом («правило семи элементов»). Но как тогда быть с числом семь в науке — с семью цветами радуги в физике, семью периодами таблицы Менделеева в химии, а теперь еще и с семью спиралями трансмембранного сегмента в биологии? Несколько лет назад на одном из молекулярно-биологических форумов в интернете вопрос почему этих спиралей именно семь, был задан, но убедительный ответ так и не прозвучал: загадка осталась загадкой. Как обычно, ее списали на эволюцию: «так уж у нее получилось».

То, что спиралей именно семь и что они пересекают мембрану, можно было догадаться уже по аминокислотной последовательности этих рецепторов: в ней достаточно отчетливо выделялись семь гидрофобных участков. Но как они упакованы в пространственной структуре ТМ-сегмента, оставалось неясным. Для того чтобы использовать могучие методы рентгеноструктурного анализа, следовало сначала вырастить правильные кристаллы белков, а для этого выделить их молекулы в чистом виде. «Выделить» в представлении биохимиков догеномной эры означало вытащить молекулы рецепторов из мембраны и освободить их от прилипших к ним липидов. Останется ли после этой процедуры их пространственная структура той же, какой она была в липидном окружении, можно было лишь надеяться. Кроме того, кристаллизация требует высокой концентрации белка, а значит, надо переработать немалое количество исходного продукта — тканей из организмов животных.

Вот так и получилось, что первым 7-ТМ-рецептором (употребим и такой термин), трехмерная структура которого была установлена рентгеноструктурной кристаллографией, стал бычий родопсин, белок сетчатки глаза, — этих отходов на любом мясокомбинате сколько угодно. Для других рецепторов подобных источников не нашлось — и белковые химики провели несколько лет в попытках синтезировать их аминокислотные последовательности. Попытки не принесли успеха: гидрофобные участки последовательности плохо растворялись в воде, из-за чего процесс синтеза практически останавливался.

(Справедливости ради можно отметить, что первым семиспиральным белком, конформация которого была экспериментально установлена, был бактериородопсин, белок, выделенный из мембран бактерий. Но он не взаимодействует с G-белками и, соответственно, не может считаться полноценным ТМ-рецептором.)

Новый подход к получению мембранных белков появился с открытием семейства генов, в которых была закодирована последовательность семиспиральных рецепторов. Лаборатория Роберта Лефковица в Северной Каролине давно занималась мембранными рецепторами, в частности бета-2-адренергическим рецептором (β2AR), с которым связывается адреналин. Брайану Кобилке, молодому сотруднику Лефковица, удалось изолировать ген, кодирующий рецептор, и клонировать этот белок с его помощью. Вставив в аминокислотную последовательность рецептора дополнительный белок — лизоцим, — исследователи получили молекулу, достаточно устойчивую для кристаллизации и последующего изучения средствами рентгеноструктурного анализа. В отношении трехмерной структуры β2AR оказался весьма похожим на родопсин — те же семь цилиндров, упакованных в трансмембранный пучок; лишь конформации петель, соединяющих цилиндры, у двух рецепторов были разными.

Напрашивался следующий вывод: возможно, найден общий принцип структурной организации всего громадного семейства рецепторов, сопряженных с G-белками, — а в нем на сегодняшний день насчитывается уже около тысячи белков, и это только в организме человека. Ни одно из других семейств белков, закодированных в геноме, не достигает таких размеров. Рецепторы различаются как функционально, по лигандам, с которыми они связываются, так и по эволюционным подсемействам, к которым принадлежат. Но по структурным особенностям — по строению трансмембранного сегмента — они могут быть близки друг другу.

Это предположение не замедлило подтвердиться экспериментально. Путь, намеченный открытием трехмерной структуры β2AR, оказался плодотворным: на начало 2019 года были установлены пространственные структуры пятидесяти девяти рецепторов — и все они характеризовались семиспиральным трансмембранным пучком. В некоторых кристаллах содержались также лиганды, что позволило более подробно изучить факторы их взаимодействия с рецепторами. В двух-трех лабораториях этот процесс был поставлен на поток — но тем не менее причины, затруднявшие экспериментальное исследование конформационных свойств рецепторов ранее, остались теми же и теперь. Поэтому каждая новая структура давалась за счет кропотливого труда и немалой изобретательности — и публикации о ней, как правило, появлялись в самых престижных научных журналах.

Схематическое изображение комплекса β2AR с G-белком

Но статья в одном из июльских номеров журнала Nature за 2011 год выделялась даже на этом фоне. В ней группа Брайана Кобилки из Стэнфордского университета в Калифорнии сообщала об экспериментально установленной структуре целого агрегата: β2AR в комплексе со своим лигандом и, главное, вместе с соответствующим ему G-белком. Впервые удалось «увидеть» реальную картину того, как рецептор взаимодействует с G-белком с внутренней стороны клеточной мембраны и как G-белок в результате этого взаимодействия может перестроиться с изменением пространственного расположения отдельных его субъединиц. Молекулярный механизм действия лиганда — то есть, с точки зрения драг-дизайна, лекарства — прояснился в значительной степени.

Работа была действительно выдающейся — и очень быстро, в 2012 году, Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка получили Нобелевскую премию по химии «за исследования рецепторов, сопряженных с G-белками». По этому поводу шеренга портретов в вестибюле медицинского факультета Вашингтонского университета в Сент-Луисе увеличилась. К фотографиям двадцати трех нобелевских лауреатов, так или иначе имевших отношение к университету, добавилось изображение Брайана Кобилки, проходившего когда-то врачебную стажировку в университетском госпитале. В своей биографии он пишет, что в этот период он много работал в реанимации, где часто приходилось использовать лекарства, быстро стабилизирующие сердечный ритм, понижающие давление крови или снимающие боль, — типичные лиганды 7-ТМ-рецепторов. Так он заинтересовался проблемой, которая и привела его в дальнейшем в лабораторию будущего соавтора и солауреата Роберта Лефковица. А наш университет с удовольствием пополнил коллекцию «своих» нобелиатов.

Теоретики с топором

В 1974 году, задолго до виагры, американский журнал «Плейбой» напечатал фантастический рассказ Роальда Даля, в котором химик — изобретатель аромата, в сотни раз усиливающего сексуальную активность мужчины, объясняет меценату-миллионеру, как действуют биологически активные вещества:

«Когда вы принюхиваетесь к какому-то запаху, пахучие молекулы вещества, которое этот запах производит, устремляются в ваши ноздри и там захватываются этими маленькими чашечками, узлами рецепторов. Теперь важно запомнить следующее. Молекулы бывают разных форм и размеров. Маленькие чашечки, или узлы рецепторов, также имеют разные формы. Таким образом, молекулы размещаются только в тех рецепторных узлах, которые им подходят. Молекулы мяты попадают только в специальные узлы, принимающие молекулы мяты. Молекулы камфары, имеющие совсем другую форму, разместятся только в рецепторных узлах, способных принимать молекулы камфары, и так далее. Это напоминает детскую игру, когда предметы разной формы входят в углубления, только для них и предназначенные».

Для объяснения молекулярных механизмов действия мембранных рецепторов можно использовать и более простую аналогию «ключ — замок»: она лежит на поверхности. Действительно, молекула лиганда так же избирательна по отношению к своему специфическому рецептору, как ключ по отношению к замку. Далее, замок узнает свои ключ главным образом по форме; а рецептор узнает лиганд по его пространственной структуре. И наконец, в результате взаимодействия ключа и замка внутренняя организация замка изменяется: штифты и пружинки перемещаются, и замок отпирается. Что-то изменяется и внутри молекулы рецептора — но что именно?

Родопсин, рецептор зрения, для такой аналогии подходит лучше всего. К боковой цепи одной из аминокислот родопсина, расположенной в седьмой, последней спирали (ТМ7), прикреплено небольшое фоточувствительное соединение, называемое ретиналем. В темноте ретиналь в родопсине существует в компактной изогнутой форме, но, поглотив квант света — фотон, — он распрямляется (ключ в замке поворачивается) и отделяется от белка (ключ вынимается). Никаких других изменений в химической структуре родопсина не происходит — но его пространственная структура изменяется.

Рентгеноструктурный анализ сначала установил способ упаковки семи спиралей родопсина в темновом, неактивном состоянии. До такого же детального определения активной структуры родопсина прошло еще несколько лет — а тем временем было выдвинуто множество теоретических моделей этой структуры, призванных объяснить уже известные факты. Мы в Сент-Луисе тоже приняли участие в этом соревновании гипотез.

Как обычно, первым делом надо было упростить модель родопсина до предела, но так, чтобы не потерять самые важные его структурные особенности. Мы рассмотрели все возможные повороты каждой из семи спиралей вокруг их длинных осей, перпендикулярных мембране, в двух вариантах: с изогнутым и распрямившимся ретиналем. Расчеты энергии показали, что, когда ретиналь изогнут (родопсин неактивен), упаковка ТМ-сегмента, найденная рентгеноструктурным анализом, соответствует конформационному состоянию с наименьшей энергией. Но если он распрямлен (родопсин активен), лучшей оказывается упаковка, где одна из спиралей — шестая, ТМ6 — существенно повернута вокруг своей оси. При этом начальные и конечные фрагменты ТМ6 оказываются несколько отодвинуты в сторону от всего пучка спиралей.

Откровенно говоря, эта расчетная модель была довольно примитивной; но главную тенденцию конформационных изменений при активации родопсина сдвиг спирали ТМ6 — она уловила правильно. Последовавшая затем рентгеновская кристаллография активного родопсина обнаружила похожую картину: расположенные с внутренней стороны мембраны концы спиралей ТМ5 и ТМ6 изменили положение, отодвинувшись от семиспирального пучка, и открыли «карман» для взаимодействия с G-белком. Именно этот механизм, перемещение «внутренних» концов ТМ-спиралей при активации, был подтвержден и экспериментальными исследованиями других рецепторов, сопряженных с G-белками; Брайан Кобилка зафиксировал тот же эффект в β2AR.

Схематическое изображение ретиналя, встроенного в ТМ-сегмент родопсина, и перестройка молекулы ретиналя при поглощении фотона

Однажды, в теперь уже незапамятные времена, студенты-недоросли физического факультета Белорусского государственного университета имени В. И. Ленина — и я среди них — слушали лекцию по высшей алгебре. Материал был трудным, и один из студентов, улучив момент, спросил преподавателя, а зачем, собственно, нужна эта высшая алгебра. «Ведь мы собираемся быть физиками-экспериментаторами, а не какими-нибудь теоретиками», — гордо сказал он. Преподаватель усмехнулся и ответил: «Конечно, чистому экспериментатору, с топором, все это ни к чему». То, что экспериментальные методы заведомо проще, грубее — хотя и ближе к реальности, — чем изощренные выкладки и вычисления теоретиков, казалось тогда очевидным.

Теоретик за работой

Сейчас, однако, очевидно другое. Рентгеноструктурная кристаллография, ядерный магнитный резонанс, криоэлектронная микроскопия, пептидные и фаговые библиотеки — с появлением каждого из этих экспериментальных методов открывались совершенно новые горизонты исследований. Эксперименты в молекулярной биофизике стали более сложными и тонкими, способными установить мельчайшие детали строения молекул, вплоть до точного измерения расстояний между тысячами атомов. Гипотезы же и модели, генерируемые теорией, остались по большей части грубыми, скорее качественными, чем количественными. Но зато теория по-прежнему обладает важным преимуществом — ее грубые и неточные предсказания иногда оказываются верными.

Таким образом, «теоретики с топором» вновь продемонстрировали жизнеспособность своих грубых моделей: от предсказаний активных аналогов пептидов удалось перейти к предсказаниям, относящимся к рецепторам. Под эти победные фанфары хорошо бы и завершить повествование о текущих достижениях науки драг-дизайна, но результаты самых последних лет вновь поколебали уже вроде бы устоявшиеся представления о молекулярных механизмах взаимодействий лигандов особенно пептидных — и рецепторов.

Концепция не сдается

Пептидные биорегуляторы: энкефалин, ангиотензин, соматостатин, нейротензин — связываются почти исключительно с рецепторами, сопряженными с G-белками. За последние полвека были синтезированы сотни, если не тысячи аналогов этих пептидов, активных и неактивных.

Для десятков из них конформационные расчеты предложили вероятные пространственные структуры и предсказали их биологически активные конформации — те, по которым рецептор узнает свой специфический пептидный лиганд. Внутримолекулярная циклизация закрепила эти конформации, и во многих случаях циклические аналоги оказались способными взаимодействовать с рецепторами. Затем появилась возможность работать с рецепторами на молекулярном уровне — определять их трехмерное строение. Следующим естественным этапом должно было бы стать экспериментальное изучение комплексов «пептидный лиганд-рецептор» — но здесь процесс застопорился.

Прежде всего кристаллизовать рецептор в комплексе с природным пептидом оказалось чрезвычайно сложно. До сих пор удавались лишь единичные попытки: была определена, например, структура комплекса нейротензина (или его активного шестичленного фрагмента) вместе с его рецептором. Две группы исследователей, независимо получивших этот результат, пришли к разноречивым выводам относительно строения трансмембранного сегмента рецептора. По одним данным, спирали в пучке располагались в соответствии с «активной» моделью β2AR со сдвигом внутренних концов спиралей ТМ6 и ТМ5, а по другим — были ближе к «неактивной» модели. И положение молекулы нейротензина в комплексах было различным: пептидная цепочка лиганда в одном случае располагалась параллельно плоскости мембраны с внешней стороны рецептора, а в другом — внедрялась в «щель» между спиралями перпендикулярно плоскости мембраны. В обоих случаях, однако, пептид обладал вытянутой конформацией, а не компактной, как предполагалось проведенными ранее конформационными расчетами.

Вычислительные методы тоже внесли вклад в изучение комплексов пептидов и рецепторов. Еще в 2001 году мы, в частности, провели докинг биологически активной конформации ангиотензина и трехмерной модели рецептора ангиотензина. Оказалось, что концевой четырехчленный фрагмент ангиотензина в этой конформации может внедриться в «щель» между спиралями, перпендикулярную плоскости мембраны. Очень похожая ситуация обнаружилась в расчетах наших коллег из Кливленда, опубликованных в 2019 году. Правда, ориентации молекулы ангиотензина в этих двух работах отличались. И обе они отличались от положения ангиотензина в комплексе с рецептором, установленного, наконец, средствами рентгеноструктурного анализа в июле 2018 года. Во всех случаях, однако, конформация ангиотензина была вытянутой.

Но ведь предсказанная расчетом биологически активная конформация ангиотензина была не вытянутой, а компактной. Она позволила предсказать активные циклические аналоги ангиотензина, которые никак не смогли бы взаимодействовать с рецептором таким же образом, как природный линейный пептид, — влезть в тесную «щель» можно, только разорвав цикл. При этом циклоаналоги связываются с рецептором не менее прочно, чем сам ангиотензин...

Это же соображение справедливо и для других пептидных биорегуляторов — их биологически активные конформации, предлагаемые расчетом, тоже не вытянутые, а компактные, квазициклические. Они тоже не поместятся в «щели» между спиралями трансмембранных сегментов. Каков же тогда механизм образования комплексов пептидов и рецепторов и какова роль биологически активных конформаций пептидов в этом процессе?

Короткий ответ на этот вопрос: пока не знаем. Молекулярная биофизика еще не накопила достаточного количества данных, как экспериментальных, так и расчетных, чтобы решить эту проблему однозначно. Но порассуждать о вариантах ее решения можно уже сейчас — не забывая, однако, что здесь мы вступаем на зыбкую почву спекуляций. Впрочем, в науке они называются более благозвучным словом — гипотезы.

Можно, например, предположить, что сама концепция биологически активных конформаций, выдвинутая на основе конформационных расчетов пептидов, попросту неверна — мало ли ошибочных догадок высказывали теоретики. Возможно, приближаясь к рецептору, гибкая цепочка пептида (или ее концевой фрагмент) распрямляется и уже в таком виде образует комплекс с трансмембранным сегментом. А активные циклические аналоги, в которых биологически активная конформация зафиксирована, подвергаются атакам ферментов, разрывающих цикл на подходе к рецептору.

Сразу же, однако, возникают возражения. Во-первых, эти гипотетические ферменты пока не обнаружены. А во-вторых, тогда не понятно, как объяснить результаты прямого эксперимента, в котором внутримолекулярная циклизация — помните? — заставила пептид переключиться на взаимодействие с опиоидными рецепторами, но не с рецепторами холецистокинина. И как быть с множеством косвенных экспериментов — биологических испытаний аналогов пептидов, — подтверждающих существование биологической активности именно у определенной конформации молекулы?

И еще: если спиральные трансмембранные сегменты (их пространственная организация примерно одинакова в разных рецепторах) отбирают вытянутые конформации гибких пептидов (тоже примерно одинаковые), а не их уникальные более сложные биологически активные структуры, в чем тогда молекулярные основы специфичности взаимодействия пептидов и рецепторов? Как пептид энкефалин узнает, например, что предназначенный ему партнер — рецептор опиоидов, а не холецистокинина?

Одним словом, отказываться от идеи биологически активной конформации рановато. Особенно тем, кто, как автор этой книги, был среди первых, ее предложивших и обосновавших. Но зарекаться тем не менее не стоит: в науке любое утверждение не вечно. Судьба всех гипотез одинакова: зародившись как интуитивные соображения, они обрастают подтверждающими их фактами и превращаются в теории, пригодность которых проверяется достоверностью их предсказаний. Но рано или поздно появляются факты, необъяснимые в рамках данной теории; тогда приходит время ее отбросить и предложить новую, иногда совершенно противоположную предыдущей. Для логики развития науки это естественный процесс; однако для психологии и эмоций его непосредственных участников он бывает очень болезненным.

В середине двадцатых годов прошлого века выдающийся русский химик Николай Дмитриевич Зелинский выделил из белков так называемые дикетопиперазины, соединения, по химическому составу эквивалентные аминокислотам; он предположил, что пептиды состоят из последовательностей дикетопиперазинов. И хотя задолго до этого Эмиль Фишер установил, что пептиды построены из аминокислот, еще в шестидесятых годах на химическом факультете Московского государственного университета искали доводы в пользу дикетопиперазиновой теории, от которой давно следовало отказаться. Но вненаучные соображения — уязвленное самолюбие, желание отстоять приоритет отечественных исследователей, почтение к авторитету основоположника — не позволяли признать ошибку Наверное, какую-то роль играло и желание оставаться верными однажды усвоенной догме, созвучное идеологическим стандартам ушедшей эпохи. Да и сейчас вряд ли кому-нибудь захочется прослыть беспринципным, меняющим свое мнение с каждым новым фактом, пусть даже и твердо установленным — а ведь именно так и развивается наука.

Что же касается обсуждаемых противоречий, с которыми столкнулась гипотеза о роли биологически активной конформации пептидов, то их, как мне кажется, можно устранить. В рецепторах, сопряженных с G-белками, есть не только трансмембранные сегменты, но и петли, соединяющие спирали с внешней стороны мембраны. В отличие от схожих между собой пучков спиралей, пространственные структуры этих петель различны в разных рецепторах. Так свидетельствуют данные рентгеноструктурного анализа — но есть один нюанс. Петли — цепочки величиной от пяти-шести до двадцати-тридцати аминокислот — представляют собой, по существу, те же гибкие пептиды, пусть и с закрепленными с двух сторон концами. Эти пептиды обладают целым спектром возможных конформаций, переходящих друг в друга. Кристаллизация «вымораживает» какую-то одну из этих конформаций, и то не всегда — зачастую четкую картину отражений рентгеновских лучей от петель так и не удается получить. Поэтому нельзя утверждать, что именно эта единственная «замороженная» конформация петель и есть самая характерная для данного рецептора — есть и другие. Но обнаружить их экспериментально так же трудно, как и отдельные — не усредненные — структуры гибкого пептида в растворе.

Зато можно выявить возможные структуры этих петель счетными методами — так же, как это делалось ранее с другими пептидами, концы которых не были закреплены. И здесь обнаружилось любопытное обстоятельство: активация рецепторов действительно может зависеть от конформаций их внешних петель. А это дает основания предположить, что биологически активная уникальная конформация пептида на первом этапе узнается не трансмембранным сегментом рецептора, а его внешними петлями, структуры которых также уникальны для каждого рецептора. И не пептид «подстраивается» под структуру рецептора, а гибкие петли подстраиваются под пептид, чем и объясняется специфичность взаимодействия. Это объясняет также особые трудности получения рентгеноструктурных данных о комплексах природных пептидов и их рецепторов: вполне возможно, что кристаллизуется не та единственная конформация петель, в которой они взаимодействуют с пептидом, а одна из других, тоже допустимых.

Самые свежие результаты рентгеноструктурного и криомикроскопического анализа не то чтобы подтверждают такое предположение, но и не противоречат ему. За последние два года описаны пространственные структуры комплексов семиспиральных рецепторов с эндотелином-1 (двадцать одна аминокислота в цепочке) и глюкагоном (двадцать девять аминокислот). Оба пептида представлены в комплексах не в вытянутых конформациях: концы эндотелина сближены, а глюкагон свернут в конформацию альфа-спирали. И оба взаимодействуют не столько со «щелью» между спиралями, сколько с длинными внешними петлями и начальными фрагментами рецепторов; у рецептора глюкагона, например, начальный участок, выдающийся из толщи мембраны, состоит из более чем ста аминокислот.

Не стоит, однако, опережать события. Структурная биология рецепторов развивается быстро, и изложенный сценарий молекулярного механизма взаимодействия с пептидными лигандами может быть подтвержден или опровергнут очень скоро. И очередная волна конструирования лекарств будет использовать сведения об их взаимодействии с семиспиральными рецепторами, недоступные в наши дни. И не только лекарств.

Рассказ Роальда Даля о свойствах запахов, упомянутый ранее, остался не слишком известным. Зато роман немецкого прозаика и драматурга Патрика Зюскинда «Парфюмер. История одного убийцы», впервые опубликованный в середине восьмидесятых годов, был переведен на сорок семь языков и издан общим тиражом более двенадцати миллионов экземпляров. Фильм по роману, снятый в 2006 году, заработал около ста тридцати пяти миллионов долларов при бюджете в шестьдесят миллионов. В 2008 году состоялась постановка российской рок-оперы «Парфюмер» по мотивам романа, а в 2018 году на телеэкранах появился сериал «Парфюм», отдаленно с ним связанный. Повесть об убийце восемнадцатого века, который овладел искусством создания запахов и научился с их помощью манипулировать людьми, продолжает поражать воображение читателей и зрителей всего мира. Особенно впечатляет эпизод, в котором горожане на площади, яростно требующие казни преступника, в один миг превращаются в его обожателей под действием источаемого им нового аромата. При этом они испытывают мистическое чувство сошедшей на них благодати.

Писатель, разумеется, волен придумывать все, что угодно, но в этом эпизоде его фантазия не противоречит известным фактам нейробиологии запаха. По современным представлениям, молекулы ароматических веществ взаимодействуют с рецепторами так называемых обонятельных нейронов, связанных с головным мозгом, который определяет ощущения, испытываемые при этом организмом, будь то дискомфорт из-за запаха сероводорода, сексуальное возбуждение, вызываемое женскими духами, или — почему бы и нет — благодать. Тем более если запах новый и не ассоциируется с какими-то прошлыми воспоминаниями. Порог чувствительности к пахучим веществам у человека очень низок - в случае, например, ванилина он соответствует концентрации в две десятимиллионные миллиграмма на кубический метр. Чтобы запах ванилина почувствовали все люди, заполняющие площадь, потребовалось бы только около одной десятитысячной грамма - а ведь искусный парфюмер мог отыскать еще более эффективное ароматическое соединение. И поскольку никаким другим способом, кроме обоняния, определить его присутствие в воздухе было бы невозможно, мистическое настроение толпы, не понимающей, что с ней происходит, не так уж удивительно.

Удивительно другое: как обонятельным рецепторам а они принадлежат все к тому же семейству семиспиральных мембранных рецепторов — удается обнаружить ароматические вещества в столь низких концентрациях. Если пересчитать справочные данные по тому же ванилину в единицы концентрации, принятые в фармакологии, окажется, что они на несколько порядков ниже концентраций, характерных, например, для пептидных биорегуляторов. И тем не менее даже эти сверхмалые концентрации лиганда позволяют обеспечить образование его комплекса со своими специфическими рецепторами. А их в носу человека около пяти миллионов; у собаки, впрочем, их более двухсот миллионов. Даже нетренированная собака может учуять резкий запах на расстоянии двух-трех километров от его источника. Сотни собаковладельцев подтвердят, что их питомцы начинают ждать у квартирных дверей и повизгивать, когда хозяева еще только подходят к подъезду. Собаки же, специально тренированные, способны выполнять такие задания, что их успехи иногда становятся легендарными.

История российской криминалистики помнит, например, полицейского добермана по кличке Треф. Вместе со своим хозяином, московским околоточным надзирателем Владимиром Дмитриевым, он раскрыл более тысячи преступлений за время службы с 1909 по начало двадцатых годов. Треф отыскивал украденные вещи, разоблачал убийц, приводил полицейских к месту захоронения убитых, находил спрятанное оружие и взрывчатку. Он сделался настолько известным, что вошел в художественную литературу как прототип собаки Тузбубен из романа Михаила Булгакова «Мастер и Маргарита»:

«... через короткое время в здании Варьете появилось следствие в сопровождении остроухой, мускулистой, цвета папиросного пепла собаки с чрезвычайно умными глазами. Среди служащих Варьете тотчас разнеслось шушуканье о том, что пес — не кто другой, как знаменитый Тузбубен. И точно, это был он. Поведение его изумило всех. Лишь только Тузбубен вбежал в кабинет финдиректора, он зарычал, оскалив чудовищные желтоватые клыки, затем лег на брюхо и с каким-то выражением тоски и в то же время ярости в глазах пополз к разбитому окну. Преодолев свой страх, он вдруг вскочил на подоконник и, задрав острую морду вверх, дико и злобно завыл».

Но если чувствительность семиспиральных рецепторов настолько велика, что с их помощью можно унюхать даже нечистую силу, отчего бы не использовать это их качество истолкования других непонятных явлений? Например лозоходства, поиска подземных источников воды — помощью рамки, которая изменяет положение в руках экспериментатора, когда он приближается к такому источнику. Здесь теоретически возможно такое объяснение: обонятельные рецепторы улавливают мельчайшие изменения концентрации воды (или сопутствующих ей веществ) в воздухе, что вызывает бессознательную реакцию лозоходца на уровне непроизвольной моторики мышц его рук, из-за чего рамка и начинает поворачиваться.

Однако это уже не гипотезы и даже не спекуляции, а скорее фантазии на темы о дальнейших возможных направлениях науки о структурных свойствах рецепторов, сопряженных с G-белками. Можно назвать их мечтами, игрой воображения, как будто не слишком уместной в естественных науках, называемых также точными. Хотя кто-то из великих ученых — не то Карл Гаусс, не то Давид Гильберт — заметил об одном из своих бывших учеников: «Он стал поэтом — для математики у него не хватило воображения». Будем считать это оправданием.

Глава 7

От идеи до лекарства

Финансисты и энтузиасты

Выдающемуся физику академику Льву Арцимовичу приписывают полушутливое изречение: «Наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счет». Академик много лет руководил советскими работами по управляемому термоядерному синтезу, обещавшими создать практически неограниченный источник чистой энергии. Желаемый результат до сих пор не достигнут; но исследования в этом направлении в России и за рубежом по-прежнему продолжаются — естественно, за государственный счет.

К науке драг-дизайна формула Арцимовича относится лишь частично. Государственное финансирование университетских проектов — в США оно осуществляется в основном через гранты Национального института здоровья — составляет лишь малую часть денежных потоков, поддерживающих драг-дизайн. Главные же вложения — это средства фармацевтических корпораций и частных инвесторов. Научная сторона проектов их интересует мало — их интересует прибыль. Деловых людей не успокоило бы еще одно известное высказывание Арцимовича: «Термоядерная энергетика появится тогда, когда она станет действительно необходима человечеству». Конечно, они тоже хотят облагодетельствовать человечество, но, в отличие от государства, они не могут ждать слишком долго. Прибыль нужна сегодня.

В 2017 году тринадцать крупнейших фармацевтических компаний США заработали почти пятьсот миллиардов долларов, в том числе четыреста — на продаже лекарств. Из них чистой прибыли оказалось семьдесят пять миллиардов, чуть больше 15 процентов. И это еще не самый удачный год — средняя годовая прибыль за предшествующие семь лет была на уровне 19 процентов. При такой доходности можно быть уверенным, что инвестиции в фармацевтическую промышленность — а значит, и в драг-дизайн — не иссякнут. Тем более что экономисты предсказывают увеличение продаж лекарств в обозримом будущем на четыре-пять процентов в год.

Рынок пептидных лекарств растет еще более высокими темпами. В 2017 году их было продано на сумму более двадцати миллиардов долларов, а ожидания на 2024 год — не менее пятидесяти миллиардов. Эти цифры не включают продажи инсулина — еще около тридцати миллиардов долларов в 2015 году. Так что на нехватку денег жаловаться не приходится — по крайней мере в США. На сегодняшний день в США разрешены к продаже около ста пептидных лекарственных препаратов и еще более двухсот проходят различного рода клинические испытания. Медицина ждет их с нетерпением, и даже бюрократия в Вашингтоне, от которой зависит последнее слово, положительно относится к пептидным лекарствам. По статистике, 97 процентов пептидных препаратов, прошедших все стадии клинических испытаний, обычно получают окончательное разрешение на широкое применение — а для всех остальных эта цифра не выше 92-95 процентов.

Масштабы современной фармацевтической индустрии пептидов впечатляют — и как-то даже странно представить себе, что она в значительной степени основана на исследованиях, берущих начало в скромных университетских лабораториях. Далеко не все из тех, кто занимается биохимией и биофизикой биологических молекул, думают о практическом использовании своих результатов — многие удовлетворяются чисто научными достижениями. Но некоторые энтузиасты предпочитают идти дальше — по пути драг-дизайна. Иногда им сопутствует удача, иногда — большей частью — нет; иногда их финансируют щедрые фармацевтические компании, иногда — чаще всего — скупые государственные гранты; но, так или иначе, они не прекращают свои усилия. Сотрудничать с ними не всегда легко, но всегда интересно — по крайней мере судя по моему личному многолетнему опыту.

Вот, например, история, в которой я, так или иначе, участвовал во время работы в Вашингтонском университете Сент-Луиса. В то время меня интересовали конформации циклических пептидов, которые, по предположению, могли имитировать биологически активные конформации пептидов линейных. Поэтому я внимательно следил за публикациями на эту тему. Как-то в одном из весьма уважаемых журналов появилась статья о конформационных особенностях простейшего циклического пятичленного пептида, исследованных методами ядерного магнитного резонанса и конформационными расчетами. Статья предлагала пять возможных пространственных структур этого циклопептида, причем в двух из них конформация одной из аминокислот, по моим представлениям, была энергетически весьма невыгодной.

Исследования эти были проведены в Мюнхене в лаборатории профессора Хорста Кесслера, с которым мы регулярно виделись на различных пептидных конференциях. При очередной встрече я рассказал ему о своих сомнениях, но Хорст отверг их — он опирался на экспериментальные данные ядерного магнитного резонанса, а я мог противопоставить ему лишь теоретические расчетные рассуждения. Вернувшись в Сент-Луис, я попросил наших химиков синтезировать очень похожий циклопептид, но такой в котором обсуждаемая конформация соответствующей аминокислоты была бы невозможной. Параметры ядерного магнитного резонанса этого пептида, измеренные венгерскими друзьями из университета Дебрецена, почти совпадали с такими же параметрами для пептида из Мюнхена. Я сообщил об этом Кесслеру и предложил сделать совместную публикацию, но он не ответил, и, когда я впоследствии напомнил о своем предложении в личной беседе, он снова ушел от ответа. Тогда я написал отдельную статью о двух пептидах с критическими замечаниями о выводах Кесслера, и она была напечатана в том самом уважаемом журнале. Хорст обиделся и сказал мне, что я поступил нехорошо.

С тех пор мы, к сожалению, не общались — только обменялись новыми публикациями о тех же пептидах. Он сообщил о данных, полученных с помощью другого варианта ядерного магнитного резонанса: согласно им, доля структур циклопептида с оспариваемой конформацией составляла 15-30 процентов. Наша статья содержала результаты молекулярной динамики, проведенной с новыми параметрами энергетических функций и обнаружившей такие же структуры, но с вероятностью 6,7 процента. На этом чисто научная дискуссия и остановилась.

А интерес к пятичленным циклопептидам перешел в стадию драг-дизайна. Выяснилось, что, если в их состав включена определенная тройка аминокислот, Arg-Gly-Asp (RGD), они могут избирательно связываться с белками интегринами. Эти белки продуцируются многими типами злокачественных опухолей; они, подобно трансмембранным рецепторам, пронизывают мембраны раковых клеток и появляются на их поверхности в виде комплекса из двух субъединиц. Взаимодействуя со своими лигандами, субъединицы перестраиваются и инициируют различные биохимические процессы, необходимые для жизни и размножения злокачественной клетки. Лиганды внедряются в щель на границе между двумя субъединицами; если этому воспрепятствовать, функции интегринов, а значит, и раковых клеток будут нарушены. Как раз в этой «щели», в небольшом «кармане», и расположен участок, в котором RGD-циклопептиды связываются с интегринами, мешая нормальной перестройке субъединиц. Этот факт означает, что RGD-циклопептиды обладают определенным потенциалом как лекарственные средства для онкологии.

Идея выглядела очень привлекательно, но, как всегда, ее реальное воплощение столкнулось с множеством препятствий. Главным из них был дизайн собственно циклопептида: его структура должна содержать тройку аминокислот RGD, в конформационном отношении соответствовать «карману» интегрина, с которым она связывается, и, самое главное, противостоять постоянным атакам пептидаз. В Мюнхене эту задачу решили с помощью использования «правых» аминокислот и некоторой модификации пептидного остова одной из них; полученный циклопептид назвали циленгитидом (cilengitide). Первые две фазы клинических испытаний нового потенциального лекарства показали его хорошую переносимость и эффективность в случаях новообнаруженной опухоли глиобластомы. Это был успех — по статистике, из ста пептидных кандидатов в лекарства до второй фазы испытаний доходит всего 23 процента, а из них до третьей — только 28 процентов. К большому сожалению, третья фаза клинических испытаний — в разных медицинских центрах, большим количеством пациентов — не подтвердила пред_ыдущие результаты. Циленгитид выбыл из гонки за лекарством, так и не добравшись до финишной прямой; но мюнхенцы не упали духом и продолжают исследования в том же направлении и сейчас, переключившись на RGD-циклопептиды, состоящие из шести членов.

В то же время в нашем университете в Сент-Луисе пошли по несколько иному пути. RGD-циклопептиды узнают интегрины и, следовательно, раковые клетки — но не здоровые. Если теперь привязать к ним какое-нибудь вещество, можно получить «самонаводящуюся пулю»: циклопептиды будут подводить это вещество к интегринам и давать ему возможность внедриться в раковую клетку. При этом здоровые клетки, не имеющие интегринов на поверхности, не будут затронуты.

Профессор Сэмюел Ачилефу с кафедры радиологии изучал флюоресцентные метки — химические соединения, обладающие свойством светиться в диапазоне, близком к инфракрасному излучению. Такое излучение легко увидеть в очках с поляризованными стеклами, даже если его источник расположен внутри тела на глубине в несколько сантиметров. Значит, сконцентрировав метки на поверхности опухоли — например, опухоли груди, — можно будет в прямом смысле слова увидеть эту опухоль и определить ее границы и очертания. Для клинической практики такая подсказка была бы очень полезна: как правило, границы опухоли известны хирургу только приблизительно. Поэтому стандартная процедура хирургического удаления опухоли из груди предусматривает биопсию слоя тканей, непосредственно прилегавших к уже вырезанной опухоли. Если оказывается, что в нем остались раковые клетки, хирургу приходится дополнительно удалять этот слой в еще одной операции.

Метки, привязанные к RGD-циклопептидам, могли бы избирательно сосредоточиться на поверхности опухоли, поскольку на ней находятся интегрины — мишени для RGD-циклопептидов. Тогда границы опухоли можно было бы высветить достаточно четко. Созданием этих конъюгатов и занялся Сэмюел Ачилефу. И одна из первых проблем, стоявших перед ним, была такая: не изменится ли конформация циклопептида, ответственная за узнавание интегринов, из-за присоединения метки, молекулы, по размерам сравнимой с самими пептидами? С этим вопросом Сэм обратился ко мне; конформационные расчеты подтвердили, что трехмерные структуры циклопептидов останутся прежними и метка не помешает связыванию с интегринами. Другие расчеты помогли подобрать оптимальную аминокислотную последовательность самого циклопептида: оказалось, что наиболее практичным вариантом будет циклопептид из шести членов, названный LS-301. В содружестве с оптиками-спектроскопистами были разработаны также специальные «очки» — прибор, который хирург может надевать на время операции. И наконец, в нашей же университетской клинике провели первые весьма успешные удаления злокачественных опухолей груди, которые хирурги видели своими глазами в течение всей процедуры. Произошло это совсем недавно; теперь дело за дальнейшими клиническими испытаниями и разрешением всей системы «LS-301 плюс очки» для применения.

Нелишне, может быть, упомянуть, что Сэм Ачилефу родился в Нигерии и в детском возрасте испытал все тяготы жестокой гражданской войны в этой стране. Но потом ему повезло: он получил стипендию для продолжения образования во Франции, в университете города Нанси. Защитив диссертацию, он перебрался в Сент-Луис и за двадцать лет заслуженно стал одним из ведущих профессоров нашего университета. Я всегда вспоминаю Сэма и наше с ним сотрудничество, когда слышу идиотские высказывания — увы, все еще встречающиеся, — что чернокожие, дескать, не способны к научной деятельности.

Предварительный поиск кандидатов в лекарственные и диагностические средства проводится силами немногих ученых с привлечением совсем небольших финансовых ресурсов. Миллиарды, о которых шла речь в начале этого раздела, идут в «Большую фарму» — Big Pharma, — как называют крупные фармацевтические компании. Специалистам, работающим в лабораториях этих компаний, не приходится ломать голову над тем, как заплатить за новое оборудование или за дорогие реактивы. Но в обмен кое-чем приходится поступиться — прежде всего свободой исследований. Не раз и не два коллеги из крупных компаний рассказывали мне, как их останавливали на пороге интересных открытий: руководство компании решало, например, что на рынке лекарств и без того хватает средств для регулирования давления крови. А уж о том, чтобы получить в случае успеха долю от прибыли, нечего и думать — все патентные права будут принадлежать компании, а не изобретателю.

И тогда у некоторых драг-дизайнеров появляется авантюристическое желание сохранить свободу исследований и при этом не быть никому обязанным. Такое желание, в принципе, выполнимо: надо лишь основать свою мини-компанию — стартап. Это трудно и очень рискованно — гораздо больше половины стартапов выходят из бизнеса в течение первого года существования, — но все же возможно.

Свое собственное лекарство

Итак, предположим, что у вас появилась блестящая идея для драг-дизайна. Рассматривая стереоизображения пространственной структуры одного из ферментов, представленных в Банке белковых структур, вы обратили внимание на близкое взаимное расположение трех аминокислотных остатков: они образуют трехмерный «карман» на поверхности фермента. Вам известно к тому же, что биологическая функция данного фермента обусловлена взаимодействием между собой именно этих аминокислотных остатков. Если вставить в карман какое-либо химическое соединение, мешающее их нормальному взаимодействию — ингибитор, — фермент перестанет работать, и это может помочь при серьезном заболевании, которым страдают десятки тысяч людей.

Вы прикидываете, какой может быть структурная химическая формула такого ингибитора: какие функциональные группы могут связываться с вашей мишенью — тройкой избранных аминокислотных остатков. При необходимости вы привлекаете специалиста по конформационным расчетам, который проверяет, не противоречит ли пространственная структура вашего ингибитора трехмерной конфигурации «кармана» фермента. Он же может подсказать слегка модифицированные варианты ингибитора, удовлетворяющие тому же условию. Платит за работу специалисту компания, которую вы тут же регистрируете и которая пока что состоит из вас одного.

Предложенные расчетом молекулы надо синтезировать и провести самые первые биологические испытания — на культурах клеток. Здесь потребуется участие по крайней мере еще двоих — химика и биолога, обладающих доступом к соответствующему оборудованию и, желательно, опытом работы в своих областях. Их услуги обходятся недешево, и у вас есть две возможности: или вы уговариваете их присоединиться к компании в надежде на будущие заработки, или обращаетесь к инвесторам за займом, предоставляемым под те же надежды, а то и под залог вашего дома и прочего имущества — но это крайний случай.

На этом обычно процесс и заканчивается — клетки не реагируют на ваши молекулы. Если же все-таки удается получить какие-то обнадеживающие результаты, для инвесторов появляется стимул существенно увеличить вложения в вашу компанию — раз в десять. Потому что тогда вы должны будете перейти к гораздо более мощным методам драг-дизайна. Понадобится скрининг синтетических библиотек соединений, похожих на ваш ингибитор, с отбором тех, которые лучше других связываются с соответствующими клетками, а также виртуальный скрининг, отбирающий молекулы, лучше других подходящие к «карману» мишени-фермента. После этого отобранные молекулы «доводятся» до желаемых свойств уже с помощью индивидуального синтеза. Можно провести все эти работы в своей компании — купив или арендовав оборудование, — или заказать их на стороне. Так или иначе, деньги будут затрачены большие.

Но вот, наконец, заветная формула молекулы ингибитора найдена. Первым делом ее следует запатентовать — саму формулу (и похожие на нее), метод синтеза этих соединений, их воздействие на клетки. И начинать предклинические испытания — на лабораторных животных. В них проверяется воздействие вашей молекулы уже не на фермент или клетку, а на болезнь — на уровне целого организма. Заодно устанавливаются допустимые дозы этого теперь уже кандидата в лекарственные средства, исследуются возможные побочные эффекты и так далее. На этом этапе вы впервые сталкиваетесь с государственным регулированием: эксперименты на животных обязаны выполняться по правилам GLP — Good Laboratory Practice, что по-русски переводится как «надлежащая лабораторная практика», — несколько различным в разных странах, но самым жестким в США. Помимо требований к ведению документации, GLP регламентирует содержание животных, гуманное к ним отношение, их диету и даже их смерть — с обязательной последующей кремацией.

А где государственное регулирование, там и расходы. Если предклинические испытания обходятся в сотни тысяч долларов, что еще по силам вашему небольшому стартапу, то дальнейший путь превращения молекулы в лекарство самому пройти гораздо труднее — нужны будут по меньшей мере миллионы. И при условии, что ваш ингибитор продемонстрировал замечательные качества в предклинических испытаниях, вам в подавляющем большинстве случаев не останется другого выхода, как только продать ваши патенты, вашу документацию и методологию ваших работ крупной фармацевтической компании — желательно из числа «Большой фармы». Будем надеяться, что вы заработаете немало — достаточно, чтобы профинансировать вашу новую идею и открыть новый стартап.

Разработки же ваши может ждать разная судьба. Большая компания может прийти к выводу, что рынок для продаж данного потенциального лекарства сегодня невелик и более разумным будет положить эти исследования на полку в ожидании лучших времен. Или наоборот: возможное лекарство обещает явный успех, но другой продукт компании, сходный по фармакологическому профилю, уже активно продается, и наличие конкурента ему нежелательно; поэтому конкурент, как бы хорош он ни был, опять-таки попадает на полку. Но иногда новый кандидат в лекарства все же доходит до следующего этапа — клинических испытаний на людях. Компания налаживает пробное производство нового препарата — в строгом соответствии с правилами GMP, Good Manufacturing Practice («надлежащая производственная практика») — и приступает к клиническим испытаниям.

«Большая фарма» и стандарты

Существует мнение, что наиболее древний вариант протокола клинических испытаний был описан еще во втором веке до нашей эры, в библейской книге пророка Даниила, глава 1, стихи 11-15. Вавилонский царь Навуходоносор, покорив Иудею, повелел отобрать нескольких «отроков, у которых нет никакого телесного недостатка, красивых видом и понятливых для всякой науки», чтобы приобщить их к вавилонской цивилизации. С этой целью, в частности, он назначил им «ежедневную пищу с царского стола и вино, которое сам пил». Однако отрок Даниил, не желая преступать законы кашрута — иудейской религиозной диеты — попросил приставленного к ним начальника не заставлять их есть запрещенную пищу. Начальник же ответил: «...боюсь я господина моего, царя, который сам назначил вам пищу и питье; если он увидит лица ваши худощавее, нежели у отроков, сверстников ваших, то вы сделаете голову мою виновною перед царем». Вот тогда-то Даниил и попросил:«... сделай опыт над рабами твоими в течение десяти дней; пусть дают нам в пищу овощи и воду для питья, и потом пусть явятся перед тобою лица наши и лица тех отроков, которые питаются царскою пищею. <...> По истечении же десяти дней лица их оказались красивее, и телом они были полнее всех тех отроков, которые питались царскими яствами».

Почти все принципы клинических испытаний — точнее говоря, их первой фазы — здесь налицо. В этой фазе обычно оценивается безопасность лекарства или, как в эпизоде, описанном в Библии, режима питания определенного типа. В испытания вовлечены две группы здоровых людей, одна из которых получает проверяемое лекарство — или овощи и воду, — а другая, контрольная, нет. Группы могут быть не очень большими, в несколько десятков человек (иудейских отроков вместе с Даниилом было четверо); контрольной группы может и не быть вовсе. Единственное — и существенное — отличие: в наши цивилизованные времена все испытуемые должны быть добровольцами. Впрочем, нигде в Библии не сказано, что молодые иудеи удерживались при дворе вавилонского царя против их воли.

В наши дни любые клинические испытания тщательнейшим образом документируются. Прежде всего различные административные органы, советы по безопасности и этике здравоохранения, представители производителя лекарства и тех, кто финансирует испытания, должны дать разрешение на проведение испытаний. Затем факт испытаний регистрируется в государственных органах — по крайней мере так положено в США. Медицинские страховые компании участников испытаний обязаны согласиться (или нет) оплатить им эту процедуру. Наконец, на случай, если здоровью или, не дай Бог, жизни испытуемых будет причинен ущерб, они должны быть застрахованы отдельно. Кроме того, как обычно в США, проведение любых клинических испытаний подчиняется весьма жестким стандартам GCP — Good Clinical Practice («надлежащая клиническая практика»).

Из статистики США по всем существующим лекарствам известно, что успешно преодолевают первую фазу клинических испытаний примерно 70 процентов кандидатов в лекарства. Вторая фаза призвана выяснить, как влияет данное вещество на реальное заболевание. В ней обычно участвуют до нескольких сотен ранее диагностированных добровольцев, включая и контрольную группу, не получающую препарат. Вторая фаза клинических испытаний может длиться от нескольких месяцев до двух лет, и по ее результатам делается вывод об эффективности препарата и о наличии его побочных эффектов. Если оба эти параметра находятся на приемлемом уровне, начинается третья фаза испытаний, самая сложная — до нее доходит лишь 30 процентов препаратов.

Третья фаза охватывает значительно большее количество испытуемых — от трехсот до трех тысяч — и длится До четырех лет. В этой фазе испытания проходят в различных медицинских центрах независимо друг от друга. Цель испытаний — дальнейшая оценка эффективности лекарства и долгосрочных побочных эффектов. Иногда выделяют еще и четвертую, последнюю фазу клинических испытаний, куда попадает только 25-30 процентов препаратов, отобранных на третьей фазе. Здесь число участников снова возрастает, и при получении положительных результатов компания может подавать заявку в FDA — Food and Drug Administration, Федеральное агентство по пищевым продуктам и лекарствам, — которое разрешает (или нет) широкое распространение и свободную продажу лекарства. Если повезет, процесс разрешения займет месяцев десять, а если не очень — до нескольких лет.

Вот теперь ваша цель достигнута: лекарство, которое когда-то представлялось вам в мечтах, ваше собственное лекарство, наконец-то вышло на рынок. Правда, оно уже не вполне ваше — вы ведь продали ваше право первородства «Большой фарме» подобно Исаву, продавшему его Иакову за чечевичную похлебку (опять библейские аналогии). Но, рассудив здраво, вряд ли вы сами смогли бы поднять огромные расходы, уже произведенные до сих пор: как упоминалось, крупные фармацевтические компании тратят на разработку новых лекарств десятки миллиардов долларов. Но еще большие суммы должны будут пойти на маркетинг и рекламу — иначе ваше лекарство так и останется неизвестным потребителю. В довершение надо подумать и об уплате многомиллиардных налогов — в США каждый помнит высказывание одного из основателей государства Бенджамина Франклина: «Неизбежны только смерть и налоги». Так что удовольствуйтесь тем, что ваше имя увековечено в патентах на вещество, которое стало основой нового лекарства, — большинство драг-дизайнеров не имеют и этого утешения.

Попытки создать лекарство независимо от «Большой фармы» очень немногочисленны; в одной из них я принимал некоторое участие. Семнадцать лет назад я получил заказ на конформационные расчеты нескольких биологически активных пептидов от маленькой компании, состоявшей тогда из трех человек: химика, биолога и менеджера-организатора. Заказчиков интересовало, как связана пространственная структура этих пептидов с биологической функцией и можно ли ее оптимизировать с помощью химического синтеза аналогов — типичная задача для драг-дизайнера. Такие аналоги были предложены, синтезированы и испытаны на клеточных культурах; результаты оказались достаточно перспективными для того, чтобы подать патентную заявку и получить патент США за номером 7041786, авторами которого значились химик, биолог и ваш покорный слуга. Права на патент принадлежали компании; моя же роль на этом закончилась.

Маленькая компания начала борьбу за выживание: брала займы, продавалась, перекупалась и прочее, чтобы довести одно из соединений, описанных в патенте, до уровня лекарства. Первая фаза клинических испытаний плеканатида (Plecanatide), как был назван новый препарат, датируется 2008 годом, вторая — 2010 годом, а третья завершилась в 2017 году — и все это самостоятельно, не сдаваясь на милость фармацевтических гигантов. За это время компания сменила название, разместила свои акции на бирже (NASDAQ, индекс SGYP) и распространила патентные права на Европу и Китай. Разрешение FDA было получено в начале 2018 года, и лекарство Trulance присоединилось к арсеналу средств, используемых практикующими врачами.

Сегодня для этой компании наступил очередной период выживания: смогут ли доходы от продаж оправдать расходы на маркетинг и судебные процессы с конкурентами, оспаривающими патенты. Исход пока неясен; но тем не менее успех налицо, пускай и не такой громкий, как у виагры. Хотя кое-что общее у этих двух лекарств есть: виагра, задуманная вначале для снятия загрудинной боли оказалась важна совсем для другого, a Trulance, предполагаемый онкологический препарат, в конце концов вышел на рынок как средство от длительных запоров, не поддающихся действию обычных слабительных. По счастью физиологические функции организма очень разнообразны, так что хорошему лекарству всегда найдется применение.

Но это еще не все