Микроорганизмы, токсины и эпидемии

Максимально возможная токсичность. Такая постановка вопроса не имеет смысла при исследовании патогенности бактерий, так как токсины — это только часть механизма их паразитирования, устроенного невероятно сложно и имеющего много альтернативных, взаимодополняющих элементов. Однако ответ на него чрезвычайно интересует зарубежных военных токсикологов, рассматривающих токсины как опасное средства поражения.

Незнание условий, которые в процессе эволюции способствовали естественному отбору биологических токсинов, привело к формированию у таких исследователей представления о возможности снижения летальных доз биологических токсинов с помощью методов генной инженерии и породило множество спекуляций на эту тему [Tucker J.B., 1985; Гайслер Э., 1986].

Выше мы уже приводили примеры последствий вмешательства в структуру токсина. Н.С. Антонов (1994), используя элементарные приемы математической статистики, установил любопытную закономерность (рис. 21). Если на эвклидовой поверхности в логарифмических координатах «LD₅₀ — молекулярная масса» отобразить весь массив веществ, для которых летальные дозы экспериментально установлены, то плоскость графика оказывается разделенной на две части: на одной из них сосредоточены отображения всех взятых веществ, в то время как другая часть плоскости графика остается свободной, ибо в природе не существует веществ, которые по величине летальной дозы и молекулярной массы соответствовали бы той части плоскости графика. Между указанными частями плоскости графика отчетливо прослеживается граница (токсоида), формируемая отображениями наиболее токсичных веществ в соответствующих интервалах изменения величины молекулярной массы. Наиболее токсичному веществу — ботулиническому токсину, соответствует и наибольшая молекулярная масса.

^{Рис. 21. График токсоиды по Н.С. Антонову. Максимальная токсичность супертоксинов достигается за счет предельного увеличения размеров и сложности их молекул}

Эффект возрастания биологической активности по мере увеличения молекулярной массы отмечался ранее Н.И. Кобозевым у алкалоидов, гликозидов, гормонов, витаминов и синтетических лекарственных веществ. Им было показано, что путем вариации состава и строения молекул можно добиться некоторого увеличения активности веществ. Но если требуется добиться увеличения активности в десятки и более раз, одних структурных изменений молекул уже недостаточно, требуется переход к соединениям с большей величиной молекулярной массы [Антонов Н.С, 1994], т. е. более сложно организованных.

Молекулярная масса ботулинического токсина составляет 150 кд [Езепчук Ю.В., 1985]. Молекулярная масса типичной белковой цепи достигает 50 кд, размер лишь немногих пептидов превышает эту среднюю величину [Альберте Б. и др., 1994]. Молекулярная масса ботулинических токсинов приближается к верхнему пределу возможных молекулярных масс белков. Из закономерностей, установленных Н.С. Антоновым и Н.И. Кобозевым следует, что молекулярная масса токсинов с LD₅₀, меньшей на один порядок, чем у ботулинического, должна превышать 1,5 мд (описано лишь несколько белков с такой массой), — на два порядка — 15 мд (такие не описаны). Таким образом, вполне обоснованно можно сделать следующие предположения:

1) токсичность ботулинического токсина является предельной не только для бактериальных токсинов, но и для природных токсических веществ;

2) LD₅₀ рекомбинантных токсинов не будет достигать данной величины для ботулинического токсина.

Но почему же LD₅₀ большинства природных токсинов в тех случаях, когда их токсичность создает преимущества микроорганизмам, не достигают того предельного значения, которое нам демонстрирует ботулинический токсин? Видимо это проявление все того же бессилия демона Дарвина, которое генетик С. Райт представил в виде холмистого ландшафта, где высота холма (адаптивного пика) ответствует степени его приспособления (в рассматриваемом нами случае — это LD₅₀ токсина, имеющего значение для патогенности бактерии). Популяция, поднявшаяся на маленький пик ландшафта приспособленности (например, с помощью простейшего порообразующего токсина), не может сменить его на больший (например, с помощью более эффективного токсина, использующего порообразующую субъединицу для транслокации в клетку хозяина ферментативной субъединицы) и стать более приспособленной, ибо при смене пиков отбор пойдет против уровня приспособленности (часть жизненно важных генов должна мутировать либо слиться).

* * *