Перевод: Валентина Мосиенко. Множество веществ, встречающихся в природе, полезны для медицины, однако их получение может быть неимовернно дорогим. Современные…
В 1945 году австралийский
фармаколог и патолог Сэр
Хоуард Уолтер Флори (Sir
Howard Walter Florey , 24
сентября 1898 — 21 февраля
1968) вместе с сэром
Эрнстом Борисом Чейном
(Sir Ernst Boris Chain) и
сэром Александром
Флемингом (Sir Alexander
Fleming) были награждены
Нобелевской премией в
области физиологии и
медицины за их роль в
создании ампицилина.
Права на фотографию
принадлежат Nobel
Foundation / Wikimedia
Commons
Первый пациент, получивший лечение пенециллином, умер месяц спустя. Несколько граммов этого антибиотика, доступные в 1941 году, не были достаточны, чтобы излечить английского полицейского Albert Alexander от инфекции, возникшей в результате воспаления царапины на лице. Несмотря на попытку получения непереработанного пеницилиина из его мочи, этого количества было слишком мало для спасения его жизни. После нескольких дней полных надежд, доктор Howard Florey и его исследовательская группа признали, что медицинские препараты будут эффективны только в том случае, если их принимать в достаточно количистве.
Пенициллин, растущий на
картофельном декстрозном
агаре.
Права на фотографию
принадлежат Ninjatacoshell /
Wikimedia Commons
Огромное количество исследований, проведённых во время второй мировой войны, позволили уже к 1943 году разработать эффективный метод культивирования пеницилиновых (Penicillium) грибов и экстракции из них ценного пенициллина.
К сожалению, разработка медицинских препаратов не всегда происходит таким образом, как это было в случае с пенициллином. Множество полезных в медицине веществ, извлекаемых из натуральных ресурсов, возможно выделить лишь в маленьком количестве. Наиболее перспективными ресурсами являются растения, грибы и сидячие морские организмы: т.к. они не способны спасаться бегством от нападающих от них хищников, то для защиты они выделяют химические вещества, которые человек может использовать себе в пользу. Один из примеров это биостатин, продуцируемый маленькими морскими беспозвоночными, Bugula neritina, относящимися к брионоза. Показано, что бриостатин является эффективным препаратом в борьбе с раком пищевода, однако для производства нескольких граммов этого препарата требуется несколько тонн животных.
Натруальные вещества и современная медицина
Щелкните на картинку,
чтобы увеличить.
Химическая структура
трабектедина.
Права на фотографию
принадлежат Edgar181 /
Wikimedia Commons
Люди использовали в медицинских целях натуральные продукты с древних времён, и сегодня около 4/5 людей продолжает это делать. Несмотря на то, что большинство этих продуктов использовались в форме медицинских растений и грибов, улучшенная форма этих препаратов на сегодняшний день доступна благодаря выделению из них активных компонентов. С времен выделения первого препарата из растений (1804, морфин из опийного мака, Papaver somniferum) использование беспримесных препаратов, а не самих растений и грибов, распространилось в западном мире.
Papaver somniferum.
Права на фотографию
принадлежат Nuuuuuuuuuuul
/ Flickr
Более того, развитие науки позволило значительно увеличить количество применяемых сегодня препаратов, полученных из натуральных источников. В 1990 году около 80% препаратов, одобренных для использования в США, являлись либо сами по себе натуральными препаратами, либо они были произведены на их подобии (подробнее см. Li & Vederas, 2009). Сегодня можно найти множество примеров тому: такие антибиотики как пенициллин или эритромицин, такие антираковые препараты как трабектедин и винбластин, такие имменосупрессанты как циклоспорин и рапамицин, применямые при трансплантации органов, такие анальгетики как морфин и кодеин, и такие препараты от малярии как хинин и артемизин.
Эти препараты стали доступны благодаря во-первых клиническим испытаниям, в которых была доказано их эффективность по сравнение с традиционно используемыми лекарствами (например, более подробно см. Watt & Hayes, 2013). Во-вторых, эти препараты получили распостранение благодаря открытию ранее неизвестных медицине натуральных веществ. Таким образом, натуральные препараты внесли большой вклад в успешное увеличение продолжительности жизни с 50 лет в начале 20-го столетия до почти 80 лет на сегодняшний день.
Подснежник кавказский
(Galanthus caucasicus) —
галантамин получают либо
синтетически либо из
цветков или луковиц этого
растения.
Права на фотографию
принадлежат Karduelis /
Wikimedia Commons
Химия занимает одно их первых мест среди всех наук, которые помогли в развитии современных технологий получения лекарственных припаратов,. Несмотря на ограниченную доступность в природе, химический синтез натуральных веществ позволил синтезировать многие вещества в количестве, необходимом для медицины. Один из примеров – продуцируемый редким растением из Кавказа галантамин, который был признан действующим средством замедляющим симптомы болезни Альцгеймера. Несмотря на его сложную структуру, на сегодняйшний день его синтезируют из различных более простых химических веществ. Такой способ производства является экономически более выгодным по сравнению с экстракцией этого вещества из луковицы Подснежника кавказского (Galanthus caucasicus).
Листва тиса
коротколистного.
Права на фотографию
принадлежат Walter Siegmund
/ Wikimedia Commons
Кроме того, в наши дни довольно распостраненный способ получения новых лекарств это семи-синтетический, который сочетает в себе как экстракцию каких-либо компонентов так и их химический синтез. Один из приверов это Таксол, который применяют для лечения рака яичников, груди и легких, или в случае прогрессирующей саркомы Капоши. Выделение этого вещества из коры тиса коротколистного (Taxus brevifolia), откуда оно было полученно первоначально, в масштабах необходимых для медицины привело бы к полному исчезновению этого дерева. При семи-синтетическом производстве веществ все продукты разделяются на семейства в зависимости от их химической структуры,и члены одного семейства имеют похожие химические свойства.
Такой подход позволил опредлить, что действующее вещество выделенное из тиса коротколистного имеет много общего с более доступным веществом, найденным в тисе ягодном (Taxus baccata), 10-диаетилбаккатин III. Разработка трех простых химических реакций, позволяющих синтезировать таксол из 10-диаетилбаккатин III, обеспечила доступный и экологический способ производства этого лекарства (см. график)w1.
Тис ягодный (Taxus
baccata).
Права на фотографию
принадлежат Frank Vincentz /
Wikimedia Commons
Дальнейшее развитие этой технологии позволяет сегодня использовать натуральные вещества не как существующий ресурс или вещество для химического синтеза, а как молекулярные модели для создания новых лекарств. В этом случае множество синтетических веществ, или аналогов, имеют схожую с выделенным веществом структуру, однако его синтез происходит намного легче. Далее оценивается эффективность синтезируемых веществ, чтобы определить какое из них легче производить в промышленном масштабе, и какое обладает необходимыми лечебными свойствами (см. таблицу ниже). Таким образом в настящее время идет подбор химических веществ, сходных с бриостатинам, в надежде на получение активного вещества в будущем.
Споры пенициллина
(окрашенные, под
микроскопом).
Права на фотографию
принадлежат Peter Halasz /
Wikimedia Commons
Биореакторы и не только
Несмотря на то, что химический синтез веществ на сегодняшний день довольно прибыльный, другой, наиболее современный способ получения веществ путем культивирования клеток из натуральных источников становиться более популярным. Наиболее распостраненный вид этого синтеза это продуцирующие полезные вещества клетки, растущие в биореакторах, и генномодифицированные организмы, предназначенные специально для этих целей (см. график ниже).
Наука производства лекарственных препаратов из натуральных ресурсов продолжает развиваться. На сегодняшний день существует еще тысячи неизученных растений, морских и микроорганизмов, которые пригодны для этой цели. Параллельно с этим активно ведутся исследования, направленные на поиски новых методов получения полезных в медицине вещест.
References
Web References
Resources
- The Plant Cultures website provides easy-to-read information about the roles that plants play in people’s lives all over the world.
- The Xplore Health website offers educational resources to teach about drug development.
-
Based on one of the Xplore Health activities, one Science in School article explores the genetics of obesity: McLusky S, Malagrida R, Valverde L (2013) The genetics of obesity: a lab activity. Science in School 26: 25-30.
- Nicolaou KC, Montagnon T (2008) Molecules that Changed the World. Wiley-VCH: Weinheim, Germany
- Raviña Rubira E (2011) The Evolution of Drug Discovery: From Traditional Medicines to Modern Drugs. Wiley-VCH: Weinheim, Germany
- Le Couteur P, Burreson J (2003) Napoleon’s Buttons: How 17 Molecules Changed History. Jeremy P. Tarcher/ Putnam: New York, NY, USA
- Stuart DC (2004) Dangerous Garden: The Quest for Plants to Change Our Lives. Harvard University Press:Cambridge, MA, USA
Author(s)
В 2003 David Sucunza получил степень доктора философии в неорганической химии в университете Ла-Риоха, Испания. Его интересовала область синтеза натуральных веществ во время работы в Кельне, Германия, и Маечнстере, Англия. Кроме того, у него большой опыт в презентации научных проектов, и он сотрудничал со многими медиа. С 2010 года David работает ассистентом профессора в университете Алкала в Мадриде, Испания.
Review
Эту статью можно использовать как материал для уроков химии и биологии, в частности при изучении органической химии, экологии и охраны природы. Например, этот материал может быть использован при обсуждения о полезности натуральных веществ, а также их эффективности по сравнению с химически синтезированными веществами. Кроме того, этот материал может служить опорной точкой при обсуждении темы ‚как химичское производство несмотря на обсуждаемое всеми негативное влияние на окружающую среду, может помочь ее сохранить‘.
Вопросы для обсуждния:
— Как натуральные препараты помогали сохранять здоровье человека в прошлом?
— Как натуральные вещества помогают сохранять здоровье человека сегодня?
— Каким образом химия может помочь в сохранении вымирающих видов?
— Почему невозможно получать все необходимые нам натуральные вещества из природы?
Mireia Güell Serra, Испания
License