В дальнейшем аризонские химики довели аналоги альфа-меланотропина до уровня препаратов, позволяли их приобрести равномерный загар даже тем, кому вредны солнечные ультрафиолетовые лучи. Один из них, линейный пептид меланотан-1, сегодня разрешен к клиническому применению в Европе; документы для получения разрешения в США рассматриваются. Второй же, циклический пептид меланотан-2, сходный с аналогами, о которых шла речь в Бостоне, обнаружил дополнительные свойства слабого афродизиака, стимулятора сексуальной активности. Он сравнительно широко продается в Европе, несмотря на разноречивые отклики врачей. Оба пептида доступны в России; они производятся компанией с несколько странным официальным названием «Рашн пептаид», что, по-видимому, должно означать Russian Peptide.

С таких и им подобных разработок начиналась так называемая первая волна внедрения пептидных лекарственных средств в практическую медицину. Они были сосредоточены на модификациях пептидов, позволяющих сохранить «правильную» конформацию и одновременно защитить молекулу от пептидаз. Идея о том, что на основе природных пептидов можно изготовить настоящее лекарство, укоренилась и привела в движение могучие ресурсы органической химии.

По волнам драг-дизайна

Пептидные лекарства существовали и до начала их активного направленного поиска. Инъекции инсулина назначались диабетикам еще почти сто лет назад; тогда использовался свиной инсулин, поскольку его аминокислотная последовательность ближе всего к человеческой. Привычным и весьма эффективным средством родовспоможения давно стал окситоцин. Циклоспорин, лекарство, позволяющее осуществлять пересадки органов, — тоже пептид, причем циклический. Блокаторы ферментов-протеаз вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) — саквинавир, ритонавир, индинавир — построены на пептидной основе. Даже первый антибиотик пенициллин представляет собой производное от пептидного соединения.

Успехи драг-дизайна пептидов, описанные в предыдущем разделе, несомненны — но их значение было главным образом чисто научным. Они доказали, что имитация природных пептидных биорегуляторов при условии сохранения свойств, важных для функционирования, может быть путем к реальному лекарству. Кроме того, было установлено, что аминокислотные последовательности природных пептидов, хоть и отобранные в процессе эволюции, могут быть неуникальными — аналоги, получаемые заменами некоторых аминокислот в цепочке, подчас оказывались не менее, а иногда и более биологически активными. Может быть, есть смысл имитировать не сами природные пептиды, а их активные аналоги?

Но эти аналоги надо еще обнаружить — в предельном случае синтезировать и испытать активность огромного количества возможных в принципе пептидных цепочек. Для шестичленного пептида, например, их 206, то есть шестьдесят четыре миллиона комбинаций двадцати аминокислот в шести позициях. Многовато — и традиционные подходы пептидной химии здесь вряд ли помогут, даже если трясти очень сильно.

Зато можно попытаться перевернуть задачу: исходить не из аминокислотной последовательности, а из функции пептида. Спрашивать не о том, обладает ли данная последовательность именно этой биологической активностью, а о том, какая последовательность имеет хоть какую-то активность. В такой постановке важнее всего надежный Эффективный способ проверки специфической активности пептидов, и если он налажен — дело за пептидными химиками. И химики не подвели: во второй волне поиска пептидных лекарств чуть ли не главным методом стал твердофазный синтез так называемых комбинаторных пептидных библиотек, позволивший одновременно получать большое количество пептидов для дальнейшего тестирования.

Одна из первых работ в этом направлении исследовала взаимодействия шестичленных пептидов с рецепторами опиоидов. Были синтезированы библиотеки общим объемом пятьдесят два миллиона сто двадцать восемь тысяч четыреста пептидов — меньше, чем шестьдесят четыре миллиона в принципе возможных, но ненамного. И оказалось, что соединения, содержащие в первых пяти положениях цепочки последовательность энкефалина, природного биорегулятора опиоидных рецепторов, связываются с этими рецепторами гораздо лучше, чем все остальные из рассмотренных шестичленных пептидов.

Подход, использующий комбинаторные библиотеки, доказал, таким образом, свою пригодность и эффективность для отбора пептидов с заданными биологическими свойствами — он нашел правильный ответ, который в этом случае, правда, был уже известен. Но небольшая модификация тех же библиотек указала уже на новые шестичленные цепочки с высоким уровнем связывания с опиоидными рецепторами, а также на соединения, надежно узнающие антитела различных типов. В природе таких пептидов обнаружено не было — значит, имея в руках синтезированную пептидную библиотеку, можно найти в ней неизвестные ранее пептиды с теми биологическими свойствами, на наличие которых эта библиотека будет проверяться.

Современные схемы твердофазного пептидного синтеза позволяют создавать самые разнообразные библиотеки. Можно, например, закреплять определенную аминокислоту за определенной позицией в цепочке. Можно передвигать эту аминокислоту вдоль цепи. Можно вставить в цепочку пары аминокислот, боковые цепи которых могут образовать валентные связи, и получить библиотеку циклических пептидов. Можно, наконец, использовать при синтезе неприродные аминокислоты и вообще любые химические соединения, способные встроиться в пептидный остов, и получить пептиды, устойчивые к ферментам — более того, блокирующие действие самих пептидаз.

Еще один способ построить пептидную библиотеку связан с явлением так называемого фагового дисплея. Фаги — это вирусы, проникающие в клетки бактерий, и, как всякие вирусы, они размножаются за счет генетического аппарата клетки-хозяина. Фаги состоят из молекул нуклеиновых кислот (в основном ДНК и реже РНК), окруженных белками оболочки вируса; если особым образом ввести в ДНК фага заранее синтезированную библиотеку последовательностей нуклеотидов, она встроится в ДНК следующего поколения фагов, и на их поверхности появятся пептиды, соответствующие этим последовательностям. Потом всю эту смесь миллионов фагов наносят на пластинку, уставленную интересующими вас (то есть с теми, с которыми надо добиться связывания) молекулами-мишенями. Промыв затем эту пластинку, вы оставите на ней только те немногие — из миллионов — фаги, что связались с мишенями. В каждом из них будет тот фрагмент ДНК, что нужен для производства пептида, который связывается с интересующей вас мишенью. Размножив эти отобранные фаги, вы получите большое количество пептидов с нужной вам связывающей активностью. Можно сделать так — и это очень важно, — что будут доступны для проверки их биологических свойств, в частности связывания с антителами. В фаговые пептиды можно включать и неприродные элементы; для этого, правда, придется разработать новые молекулярные инструменты — РНК специального типа.

Метод фагового дисплея был впервые описан Джорджем Смитом в 1985 году. В 2018 году его автор вместе с двумя другими учеными получил Нобелевскую премию по химии — ждать пришлось всего тридцать три года. Звонок из Стокгольма застал его по пути на кухню за чашкой кофе в 4:30 утра, и слышимость была очень плохая, почему он и понял, что его не разыгрывают, как опасался в первую секунду. Эти подробности я почерпнул из наших местных газет штата Миссури, гордых своим собственным нобелевским лауреатом — Джордж Смит уже много лет профессорствует в Миссурийском университете в небольшом городе Колумбия.

Миссурийский