Нобелевские лауреаты: Пауль Эрлих
Пауль Эрлих
Родился 14 марта 1854 года, Штрелен, Силезия.
Умер 20 августа 1915 года, Бад-Хомбург, Германия.
Нобелевская премия 1908 года по физиологии или медицине (совместно с Ильей Мечниковым). Формулировка Нобелевского комитета: «За их работы по иммунитету».
Эпоху современной медицины можно назвать эпохой фармакотерапии или химиотерапии, ведь более успешного метода борьбы с патогенами, чем направленное (таргетное) влияние на возбудителя или звено патогенеза, пока что обнаружить не удалось. И первым человеком, который ввел в медицину это понятие, придумав «волшебную пулю» от сифилиса, стал наш нынешний герой. Однако, премию он получил совсем не за это. Он, как полагается всем ученым начала XX столетия, занимался разными вещами, везде достигая успехов. Именно ему, помимо красивой «точки» в изучении клеток крови, принадлежит еще и фундаментальная для иммунологии «теория боковых цепей», а также понятие гематоэнцефалического барьера.
Ученый прожил не очень долгую, но крайне насыщенную жизнь. Он родился в семье трактирщика и владельца постоялого двора из маленького польского городка Стшелин. Благодаря веселому нраву Эрлих легко находил контакт с абсолютно разными людьми, и поэтому многие знакомые считали, что Пауль продолжит карьеру отца. Но не тут то было. Мальчик, чьи родители совершенно не увлекались науками, попал под влияние дедушки по линии отца, которые преподавал в местном университете физику и ботанику. Окончательно развить в себе интерес к науке юному гистологу помог двоюродный брат матери - бактериолог Карл Вейгерт, который завлек Пауля таинственным миром живых тканей и анилиновых красителей, с которыми начал работать одним из первых.
Карл Вейгерт
Wikimedia Commons
Отчасти в этом была «виновата» книга, которую Эрлих прочел, поступив на медицинский факультет Университета Бреслау (современного Вроцлава). В ней говорилось о том, как по-особому свинец распределяется в разных тканях, и пытливый ум молодого человека тут же заинтересовался «характером и методами распределения веществ в организме и его клетках», чем не преминул заняться в более поздние годы обучения медицине.
Интересно, что Эрлих в университетах (а он, помимо своего родного, успел поучиться и в Старсбургском, и в Лейпцигском университетах) слыл типичным «двоечником», так же, как и в свое время Ньютон, Гельмгольц, Эйнштейн и множество других «гениев». По-видимому, они думали одинаково: зачем тратить время на то, что не интересно, если его можно потратить на более увлекательные вещи. Трупы и врачевание Эрлиха никак не прельщали, но вот красители…
За годы учебы Пауль разработал множество новых красящих веществ со специфическим сродством к различным клеткам и к моменту получения диплома в 1878 году уже кое-что из себя представлял как ученый. Уникальное «видение» трехмерной структуры молекул, которое помогало ему предсказывать связь краски с определенными тканями, позволило ему в 1879 году опубликовать результаты своих исследований по окраске кровяных пленок. Исследователю тогда было всего 25 лет.
Все необходимое для полноценного существования гематологии наш герой обнаружил так: он отделил популяции белых клеток (агранулоциты - клетки без гранул, и гранулоциты - клетки, содержащие в своей цитоплазме специфические гранулы), причем не только друг от друга, но и внутри. Благодаря ему мы знаем, что есть лимфоциты, которые не содержат гранул (в дальнейшем выяснилось, что они делятся на В- и Т и NK-клетки), а гранулоциты, в свою очередь, подразделяются на несколько типов, среди которых можно найти нейтрофилы, эозинофилы и базофилы.
Гранулоцит
Wikimedia Commons
Эрлиха привлекала еще одна деталь. В одной из клиник Берлина, где он работал, никто не мешал заниматься разными исследованиями, в том числе и по окраске возбудителей заболеваний. Поэтому у него родилась идея о «волшебной пуле». «Если есть такая краска, которая окрашивает одну только ткань, то, несомненно, должна найтись и такая, которая окрасит только микробов, попавших в организм», - размышлял учёный. И, соответственно, если есть краска, которая окрасит только микробы, значит, должно быть и вещество, которое только лишь их будет способно убить. И, возможно, этим «убийцей» может стать один из красителей.
В этом качестве «красильщика-виртуоза» и в должности главного врача клиники Фридриха фон Фрерихса берлинской больницы Шарите Эрлих познакомился с уже знаменитым на тот момент Робертом Кохом, который в 1882 году открыл возбудителя туберкулеза. Он предложил Коху улучшенный метод окраски его палочки (который, кстати, используется и сегодня), с чего начались их многолетняя дружба и тесное сотрудничество.
Роберт Кох на марке, посвященной столетию его премии
Wikimedia Commons
Но вот беда: в 1888 году, во время очередного эксперимента с опасным возбудителем, Пауль сам заразился бациллой, и, вдобавок, заразил и свою семью, которой он обзавелся в 1883 году. С женой Хедвигой Пинкус и двумя дочерями он был вынужден уехать лечиться в Египет, жаркий и сухой климат которого как нельзя лучше располагал к избавлению от возбудителя. Там они прожили два года.
Свято место пусто не бывает, и в результате подковерных интриг отсутствующего Эрлиха сместили с поста в клинике Шарите, что он обнаружил, когда вернулся в Берлин в 1890 году. Не пав духом, он продолжил научные изыскания в своей лаборатории, которую, к счастью, присвоить не могли, пока Кох не предложил помочь и не забрал его в свой Институт инфекционных заболеваний. Помимо этого Эрлих также стал профессором Берлинского университета.
Клиника Шарите
Wikimedia Commons
«Инфекционное» прошлое свело его с первооткрывателем анти-дифтерийной сыворотки фон Берингом, который удостоился Нобелевской премии 1901 года. Поначалу однако вакцинация, которая должна была путем постепенно нарастающих доз защищать мышей от токсинов, не давала надежных результатов. Но Эрлих нашел методы повышения эффективности сывороток: он посоветовал «усиливать» ее, повторно вводя дифтерийный токсин лошадям до тех пор, пока не получалась необходимая концентрация антитоксина, а затем помог Берингу наладить массовое производство. В это же время ученый начал задумываться о теории «боковых цепей».
Эрлих и Беринг на почтовой марке
Wikimedia Commons
«Живая протоплазма должна соответствовать гигантской молекуле, взаимодействующей с обычными химическими молекулами так, как солнце с мельчайшими метеоритами. Мы можем предположить, что в живой протоплазме ядро со специальной структурой отвечает за специфические, свойственные клетке функции и к этому ядру присоединены наподобие боковых цепей атомы и их комплексы», - писал Эрлих.
Отсюда же пошли идеи о специфических рецепторах в клетках, которые способны связываться с возбудителями. Исследователь продолжил «копать глубже» и 1897 году предложил первую теорию. Он считал, что эти боковые цепи снаружи клеточных мембран (которые стали позже называться рецепторами), способны связываться с теми или иными химическими веществами в среде. Некоторые из них могут соединяться с токсинами, которые микроорганизмы выделяют в среду, а связь эта строится по типу «ключ-замок» (открытие подтвердил Лайнус Полинг в 40-е годы). Связавшись с токсином, клетка начинает преображаться и свободно выделять в межклеточную среду «боковые цепи», где они бы встречались с токсином и нейтрализовывали его, защищая от «нашествия» другие клетки и вообще весь организм в целом. Даже название этим цепям Эрлих дал знакомое - Antikörper или антитела. Его теория удивительно напоминала известный сегодня механизм гуморального иммунитета, который базируется на антителах, производимых В-клетками.
Такая своеобразная теория иммунитета, кстати, вызвала суровый спор Эрлиха с Мечниковым: эмигрант из России считал, что весь иммунитет обеспечивается фагоцитозом, а Эрлих яростно спорил, что главная роль отводится антителам. На самом деле, правы, как это бывает, были оба. Важнейшая заслуга Эрлиха в том, что он впервые представил взаимодействие между антителами, патогенами и клетками как химические реакции. Кроме того, именно он составил основу современной иммунологической терминологии.
Илья Мечников. Фото Надара
Wikimedia Commons
Судя по всему, Нобелевский комитет в начале своего существования ставил одной из задач примирение непримиримых соперников. Мы уже рассказывали, как в 1906 году получили премию ярые противники Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахаль, по совместительству - основатели современных нейронаук. Видимо, руководствуясь тем же принципом, Нобелевский комитет дал в 1908 году премию двум основателям современной иммунологии - Мечникову и Эрлиху. Вообще, Эрлиха номинировали всего 76 раз. Интересно, что много номинаций было и после 1908-го, в том числе - одна номинация на премию по химии. За что? Читайте дальше!
Чуть позже Пауля позвали директором в Государственный институт разработки и контроля сывороток в Штеглице (предместье Берлина), который в 1899 расширился до Института экспериментальной серотерапии во Франкфурте-на-Майне. Через семь лет Эрлих стал директором и тут, а сейчас институт носит его имя - Paul-Ehrlich Institut.
«Волшебная пуля» все не покидала мысли исследователя. Со своим ассистентом - японцем Сахаширо Хата он перепробовал более 500 разных красителей, ожидая найти эффективное средство против трипаносомы - возбудителя сонной болезни. Однажды, листая очередной химический журнал, он наткнулся на интересный препарат против сонной болезни - атоксил или, с латинского, «неядовитый», который, как говорили авторы, прекрасно избавлял больных от их недуга.
Атоксил
Wikimedia Commons
Самостоятельно изучив препарат, ученые пришли к выводу, что название лгало. Атоксил, содержащий в своем составе мышьяк, обладал колоссальным токсическим действием на зрительный нерв, «помогая» больным выздоравливать и отбирая у них при этом зрение. Несколько лет потратили исследователи, прежде чем нашли более-менее эффективный и не такой токсичный аналог - арсенофенилглицин.
А когда Хоффман в 1905 году определил, что сифилис вызывается специфическим микробом - бледной спирохетой, которая очень похожа по строению на трипаносому, Эрлих начал искать «волшебную пулю» против нее. Все это привело к созданию в 1909 году из атоксила вещества №606 (он и правда оказался 606-м по счету из проверенных мышьякорганических препаратов), которое назвали арсфенамином или сальварсаном. В первых же клинических испытаниях, проведенных в Магдебургском госпитале, оно показало высокую эффективность против сифилиса. Таким образом сальварсан стал первым в истории медицины препаратом химиотерапии. Об открытии средства от сифилиса Эрлих объявил в 1910 году и препарат сразу же начал свое путешествие по миру: например, в том же году его уже применяли в России.
Формула сальварсана
Wikimedia Commons
Впрочем, быстро выяснилось, что если дать пациенту недостаточно сальварсана, то бледная спирохета быстро вырабатывает устойчивость. Так Эрлих попутно открыл и лекарственную устойчивость, и создал новый препарат, более эффективный - неосальварсан. Впрочем, шумиха, поднятая против Эрлиха, была очень сильна. К тому же, началась Первая мировая, и сердце чувствительного ученого не выдержало: 20 августа 1915 года он умер от инсульта, или, как тогда писали, от апоплексического удара.
Прививка препарата «606» служащему Императорского Воспитательного дома. Российская империя, 1910 год.
Wikimedia Commons
Напоследок нужно написать еще об одном открытии, которое Эрлих совершил во время работы над сальварсаном. Это открытие задало фармакологии задачу, не решенную до сих пор. Эрлих вводил в лабораторных животных токичные красители. Вскрывая тела, он видел, что окрашиваются все ткани, кроме мозга. Поначалу он решил, что поскольку мозг, в основном, состоит из липидов, они просто не прокрашиваются. Последующие опыты показали, что если ввести краситель в кровь, то максимум, что он способен окрасить - это так называемые хориоидальные сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Дальше ему «путь закрыт». Если же ввести краситель в спинно-мозговую жидкость, выполнив люмбальную пункцию, то мозг окрашивался, но остальное тело не окрашивалось. Стало ясно, что между кровью и центральной нервной системой существует некая преграда, который многие вещества не могут преодолеть. Так был открыт гемато-энцефалический барьер, защищающий наш мозг от микроорганизмов и токсинов, и ставший головной болью неврологов, которые пытаются лечить рак мозга. Именно гематоэнцефалический барьер не пускает химиотерапию к опухолям в голове. Поэтому задачи, поставленные Паулем Эрлихом, ученые решают и поныне.
Нобелевские лауреаты: Пауль Эрлих