Генетика служит человечеству

И уж коль скоро мы заговорили о медицине, хочется рассказать об одном физическом явлении, тесно связанном с генетическими аспектами многих медицинских проблем.

Речь пойдет о радиации. Ионизирующая радиация стала нашим надежным помощником. Вспомним хотя бы рентгеновские аппараты, без которых немыслима ни одна современная больница, методы гамма-терапии. Но радиация не только целебна, она несет с собой и опасность повышения числа мутаций.

Ужас Хиросимы — города-мученика, в котором год от года все больше людей познает на себе, что значит мутационный процесс, вызванный облучением, — заставляет ученых во весь голос говорить о лучевой опасности. Сейчас генетика совершенно точно доказала, что облучение резко усиливает мутационный процесс. Эти предостережения поняты всем миром. Недаром доклад группы советских ученых во главе с членом-корреспондентом Академии наук СССР Н. П. Дубининым, в котором точно обоснована недопустимость дальнейшего повышения естественного фона радиации за счет испытания ядерного оружия, был принят Организацией Объединенных Наций. А теперь великие державы договорились не проводить испытаний этого оружия в околоземном пространстве.

Еще не так давно ряд американских ученых пытался отрицать генетическую роль облучения. Громадное число исследований, проведенных с разными организмами, доказало, что эта точка зрения ошибочна. Исключительную поражаемость ядра в клетках по сравнению с цитоплазмой доказал Б. Л. Астауров. Доказал все на том же объекте, его излюбленном тутовом шелкопряде, и все в тех же опытах по андрогенезу.

Вместо того чтобы вызывать андрогенез тепловой обработкой, он стал облучать яйца самок Bombyx mori и заражать их необлученными спермиями Bombyx mandarina. Если бы опасность поражения цитоплазмы и ядра была одинаковой, то никакого андрогенеза быть не могло бы, так как вся яйцеклетка погибла бы при такой обработке. Но в том-то и дело, что опыты с андрогенезом и в случае облучения увенчались успехом. Облучение дозой в 500 рентген приводило к разрушению материнского ядра, и ядра спермия осуществляли андрогенез, так как такие дозы не влияли на цитоплазму.

Ученый начал повышать дозу облучения, желая узнать, когда же наступит нарушение цитоплазмы и андрогенные особи перестанут образовываться. Все большему и большему облучению подвергались яйца самок. Но… процент андрогенных особей не уменьшался, а увеличивался. И только после дозы около 100 тысяч рентген процент выхода андрогенетических личинок снижался. Но вот ученые достигают 500 тысяч рентген, и все-таки небольшой процент андрогенных особей получается. При дозах же, в тысячу раз меньших, ядра клеток необратимо разрушались. Это — доказательство преимущественного влияния радиации на наследственный аппарат клеток.

Неоспоримо, что радиация влияет прежде всего и сильнее всего на ядро, и даже если она не разрушает его, то приводит к мутациям. Но человек научился использовать это свойство преимущественного влияния облучения на наследственность, использовать в своих целях. Вначале мы упомянули о том, как генетикам удалось повысить выход антибиотиков из грибов. И сейчас стоит рассказать некоторые детали этой работы.

Когда в 1928 году Флеминг получил первый штамм грибка пенициллина, он выделял всего около 10 международных единиц (ME) пенициллина на 1 миллилитре питательной среды, в которой выращивался грибок. Пеницилл рос на поверхности культуральной среды; чтобы получить лекарство, принимаемое сегодня одним больным при воспалительных заболеваниях, а именно 1 миллион ME, потребовалось бы около 50 квадратных метров поверхности питательного бульона! Значит, если бы понадобилось вылечить 100 человек, то для лекарства, потребляемого только за один день, нужно было бы 5 тысяч квадратных метров площади, занятой питательным раствором. А если бы понадобилось дать лекарство всего лишь один раз каждому из жителей нашей страны, его пришлось бы выращивать в Ладожском озере, а для каждого из жителей земного шара пришлось бы засеять пенициллом поверхность… Тихого океана! И это для получения только одного довольно хорошо растущего пеницилла!

Казалось, выхода нет! Но выход нашелся. Вместо выращивания на поверхности среды нужно было перейти к глубинному выращиванию грибков. Легко сказать — перейти! А если грибок не растет в глубине культуральной среды? И тут на помощь пришла радиация и методы радиационной генетики.

В США в лаборатории генетика М. Демереца начались работы по повышению продуктивности штаммов грибков — продуцентов антибиотиков, растущих в условиях так называемой погруженной культуры. Эта работа велась с помощью рентгеновского облучения. Таким путем были получены штаммы, дающие до 900 миллионов единиц (ME) на 1 миллилитр среды при глубинном росте.

Для дальнейшей разработки этих проблем в СССР был создан Всесоюзный институт антибиотиков, где были получены первые штаммы антибиотиков. В лаборатории селекции этого института группа научных сотрудников — С. З. Миндлин, Ф. С. Клепикова, Л. Н. Борисова — под руководством профессора С. И. Алиханяна, применяя ультрафиолетовые и рентгеновские лучи в качестве агентов, изменяющих наследственность, в кратчайший срок получили штаммы продуцентов антибиотиков лучше американских. Вот таблица, в которой приведены сухие цифры статистического отчета о результатах работы этой лаборатории. Но сколь они красноречивы!

При этом свойства полученных штаммов были лучше американских еще и потому, что они не содержали многих нежелательных побочных соединений, требовавших дополнительной очистки. Это было тоже очень важно для нашей страны, так как резко уменьшало средства, требуемые для развития промышленности антибиотиков. Так генетика дала нам возможность получать «чудодейственные» лекарства в огромных количествах.

Итак, мы рассказали о некоторых эпизодах развития генетических исследований. Зародившаяся в начале этого века молодая наука стремительно идет вперед. Сначала расплывчатые знания о наследственности приобретают все более конкретную форму. Доказательство роли ядра в наследственности привело к необходимости изучения хромосом. Изучение хромосом выявило двух возможных «претендентов» на роль хранителей наследственной информации. Первоначальное мнение, что генетические свойства несут белки, уступило место признанию роли ДНК. Наконец, изучение ДНК привело к пониманию молекулярных механизмов в наследственности.

Важную роль в изучении наследственности сыграли микробы. Изменение природы микробов давало ученым в руки ключи к изучению законов наследственности. Само такое изучение, помимо чисто познавательных задач изменчивости микробов, приводило к разумному изменению их в сторону, полезную людям.

Вначале мы писали о том, что только союз генетики и микробиологии открыл человечеству антибиотики. Мы не оговорились. Да, сам факт открытия этих веществ — дело рук микробиологов. Однако человечество никогда не смогло бы воспользоваться антибиотиками, если бы обнаруженные продуценты антибиотиков не были изменены генетиками так, чтобы повысить их продуктивность. Без этой работы антибиотики остались бы игрушками исследователей, не доступными широким массам людей. Они были бы на вес золота.

Открыть антибиотики было важно, но не менее важно было довести их производство до десятков и сотен тонн в год. Следует сказать прямо, что только благодаря развитию генетики микробов стало возможным повысить выход мутаций, несущих синтез антибиотиков в 25 раз! Ведь за период с 1946 по 1960 год советские генетики увеличили активность микроорганизмов — продуцентов антибиотиков с 200 до 5000 единиц, а только это, не говоря уже о других нововведениях, снизило затраты на производство антибиотиков в 25 раз.