Цивилизация
Когда на смену льну и хлопку вдруг пришли полиэстер и лавсан, а изделия из кожи вытеснил дешевый дерматин, ученые и технологи уже готовы были поверить во всесильность химии. Когда же люди поняли цену настоящего меда, а не искусственного сиропа, и начали воротить нос в столовых и кафе от растворимого картофельного пюре, отечественный производитель попытался было гордо поднять над головой флаг «натурального продукта» без ГМО и консервантов.
Однако существует мнение, что современное недоверие и строгая умеренность в массовом потреблении людьми продуктов химического синтеза определяется вовсе не неспособностью химии воссоздать природные процессы и продукты. Просто порой нам об этих процессах и самих веществах известно слишком мало.
Команда ученых из Корнельского университета развила этот тезис в неожиданном направлении.
Химики расшифровали смесь компонентов паучьего яда, терпеливо собранного из желез более чем 70 видов пауков.
Сложно сказать, чего больше желали авторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences, однако отдельного внимания заслуживает и инновационная методика анализа, и разгаданные секреты смертельных коктейлей, впрыскиваемых пауками в надрезы кожи, оставленные мощными хелицерами.
Проблема большинства аналитических методик современной химии заключается в том, что они нацелены, как правило, на идентификацию и количественное определение одного из заранее предполагаемых компонентов смеси.
Например, так поступают сотрудники лабораторий хроматографии, имеющихся на каждом уважающем себя ликероводочном предприятии. Ни для кого не секрет, что состав этилового спирта марки люкс – не стопроцентный этанол, а потому каждая новая партия водки проверяется на наличие эфиров, метанола, следов органических растворителей и так далее. Все эти компоненты присутствуют в конечном продукте, весь вопрос состоит в количестве. Смесь таких компонентов легко разделяется с помощью метода газовой хроматографии, и по характерному времени выхода опытный хроматографист, не заглядывая в справочник, скажет вам, какой пик хроматограммы соответствует каждому из компонентов, а также быстро посчитает его количество в процентах.
Когда же речь заходит о паучьем яде, то тут химики сталкиваются с целым рядом проблем. Во-первых, дьявольскую смесь составляют по большей части сложные природные молекулы – полипептиды и белки, малопригодные для разделения на хроматографической колонке. К тому же многие из них до сих пор не были обнаружены специалистами в области природных соединений и никогда не синтезировались химиками-синтетиками.
Как распознать отдельные компоненты в смеси сложных молекул, определить их структуру, да еще и сделать это достаточно быстро?
Для этих целей применимы методы так называемой двумерной ЯМР-спектроскопии. Они позволяют вычленить из сложного одномерного ЯМР-спектра со множеством перекрывающихся пиков нужную информацию о строении отдельно взятых компонентов.
Не стоит, правда, думать, что получить научный результат можно, лишь нажав на кнопку дорогостоящего прибора. Команде профессора Джеральда Мейнвальда зачастую приходилось использовать результаты нескольких методик двумерной ЯМР-спектроскопии и дополнять их данными масс-спектроскопического анализа. Как правило, этой информации оказывалось достаточно для того, чтобы выявить структуры молекул основных компонентов паучьего яда. Однако время от времени приходилось проводить дальнейшую идентификацию, сравнивая сигнал двумерного ЯМР-спектра смеси со спектром искусственно синтезированного соединения, идентичного по строению предполагаемому природному веществу.
Иногда полезной процедурой оказывалось и фракционирование различных компонентов смеси, в разной степени склонных к растворению в неводных средах.
Правда, когда речь идет о 3–5 микролитрах паучьего яда, подобное разделение провести удается не всегда.
Подобный комплексный подход уже раз позволил ученым изучить состав яда паука Tegenaria agrestis и выявить целое семейство ранее не описанных природных соединений – сульфированных нуклеозидов (соединений азотистых оснований с молекулами сахара рибозы или дезоксирибозы). Несмотря на то, что состав паучьего яда изучается уже далеко не первый год, до сих пор традиционные методики анализа не позволяли обнаружить подобные соединения.
И результаты поисков позволили распознать сотни природных соединений, включающих белки, полиамиды и их производные, небольшие молекулы нейротрансмиттеров и полипептиды, некоторые из которых впоследствии оказались полезными при разработке лекарств. Именно это обстоятельство и заставило ученых продолжить поиск в гораздо больших масштабах.
Наряду с уже известными нейротрансмиттерами и сульфированными нуклеозидами
ученые впервые обнаружили сульфированные производные гуанозина, составляющие часть яда пауков, называемых бурыми отшельниками.
Их яд вызывает болезненные гангренозные раны.
Яды издревле использовались для терапевтического лечения артритов и эректильной дисфункции, однако многие ученые видят в их изучении и возможность создания новых, более безопасных для окружающей среды пестицидов. Группа профессора Мейнвальда в связи с этим возлагает большие надежды именно на сульфированные производные нуклеозидов, небольшую «библиотеку» (так химики органики называют набор нескольких схожих по строению соединений) которых ученым удалось синтезировать.
Физиологическое действие этого класса соединений пока что во многом таинственно, и его изучением в данный момент занимаются сотрудники Национального института здоровья в США.