Удивительные приключения Рассела Маркера
Здесь мы сталкиваемся с химической проблемой. Следует сказать, однако, что мы видим картину с современной точки зрения, а первый противозачаточный препарат появился на свет в ходе решения совсем другой задачи. Создатели противозачаточных пилюль и представить себе не могли, что синтезированное ими вещество приведет к серьезным изменениям в обществе, что оно даст женщинам возможность контролировать деторождение и поколеблет традиционные семейные устои. Не был исключением и американский химик Рассел Маркер — ключевая фигура в истории создания таких пилюль. Он не пытался получить противозачаточный препарат, а искал способ получения другой стероидной молекулы — кортизона.
Маркер всю свою жизнь отвергал традиции и авторитеты, и это, пожалуй, неудивительно, если учитывать, что его научные достижения помогли найти молекулу, которой суждено было и разрушить традиции, и изменить законодательство. Вопреки воле отца, который был арендатором-издольщиком, Маркер окончил школу и университет и в 1923 году получил степень бакалавра в области химии в Университете Мэриленда. Хотя он утверждал, что учится только ради того, чтобы избежать работы на ферме, его стремление продолжить научную карьеру подкреплялось способностями и интересом к химии.
Когда Маркер подготовил к защите диссертацию и опубликовал результаты в “Журнале Американского химического общества”, выяснилось, что для получения ученой степени ему необходимо пройти еще один курс: физической химии. Маркер решил, что продолжение обучения будет пустой тратой времени и что с большей пользой он проведет это время в лаборатории. Профессора не раз предупреждали его, что без степени карьерный рост в науке невозможен. Тем не менее Маркер оставил университет. Спустя три года он был принят на работу в лабораторию престижного Рокфеллеровского института медицинских исследований[16] в Манхэттене: по-видимому, исследовательский талант ученого перевесил отсутствие у него ученой степени.
Здесь Маркер заинтересовался стероидами. В частности, он хотел найти способ получения большого количества стероидов, необходимых для синтеза различных производных на основе структуры из четырех колец. В те времена прогестерон выделяли из мочи беременных кобыл и его цена (более тысячи долларов за грамм) делала его абсолютно недоступным для химиков-синтетиков. Небольшие количества драгоценного прогестерона покупали состоятельные владельцы скаковых лошадей для предотвращения выкидышей у лучших представителей породы.
Маркер знал, что стероиды содержатся в некоторых растениях, таких как наперстянка, ландыш, сарсапариль (сассапариль) и олеандр. Выделять отдельно систему из четырех циклов тогда еще не умели, но было понятно, что в растительных тканях стероидов содержится значительно больше, чем в тканях животных. Маркер считал это направление перспективным, однако на его пути вновь встали традиция и закон. На сей раз это была традиция Рокфеллеровского института, в соответствии с которой химией растений занимались на факультете фармакологии, а не там, где работал Маркер. В роли законодателя выступил директор института, который запретил Маркеру заниматься растительными стероидами.
И тогда Маркер ушел из Рокфеллеровского института. Его следующим местом работы стал Университет Пенсильвании, где он продолжил заниматься стероидами, а позднее начал сотрудничать с фармацевтической компанией “Парк-Дэвис”. Из растений Маркеру удалось выделить необходимое для работы количество стероидов. Он начал с корней сарсапариля, из которых готовят рутбир и аналогичные напитки. Было известно, что там содержатся вещества, называемые сапонинами по той причине, что они способны образовывать в воде мыльные или пенящиеся растворы (по-латински sapo — родительный падеж от saponis — означает мыло). Сапонины — сложные молекулы, хотя, конечно, не такие большие, как растительные полимеры целлюлоза или лигнин. Сарсапонин — сапонин из сарсапариля — состоит из трех остатков сахара, присоединенных к системе стероидных колец, которая, в свою очередь, через кольцо D соединена с двумя другими кольцами.
Структура сарсапонина — сапонина из сарсапариля
Было известно, что удалить остатки сахаров (два остатка глюкозы и один остаток другого сахара — рамнозы) из этой молекулы достаточно легко. В кислой среде остатки сахара отщепляются по положению, указанному на рисунке стрелкой.
Сложности возникают дальше — с сарсасапогенином. Чтобы получить систему стероидных колец из этого сапогенина, нужно отделить два кольца, обведенные окружностью на следующем рисунке. В те времена химики считали, что этого нельзя сделать, не повредив систему стероидных колец.
Сарсасапогенин — сапогенин из сарсапариля
Однако Маркер был уверен в том, что это возможно — и оказался прав. В результате предложенного им процесса удавалось выделить систему стероидных колец, на основании которой с помощью нескольких дополнительных реакций можно было получить чистый синтетический прогестерон, ничем не отличавшийся от прогестерона, образующегося в организме женщины. А удаление боковой группы позволяло осуществить синтез многих других стероидных веществ. Эта процедура — удаление боковой группы из системы стероидных колец в молекуле сапонина — до сих пор применяется в производстве синтетических гормонов и называется деградацией Маркера.
Затем Маркер решил найти растение, которое содержит больше исходного материала, чем сарсапариль. Сапогенины можно было выделить из триллиума, юкки, наперстянки, агавы или спаржи. Маркер исследовал сотни тропических и субтропических растений и в конечном итоге остановился на диком ямсе (растении из семейства диоскорейных), распространенном в мексиканском штате Веракрус. Дело было в начале 1942 года. США только что вступили во Вторую мировую войну. Мексиканские власти не выдавали разрешений на сбор растений, и Маркеру посоветовали не ездить за ямсом. Прежде подобные советы не останавливали Маркера, не остановили они его и в этот раз. На местных автобусах он добрался туда, где, как ему говорили, встречается интересовавшее его растение. Здесь он собрал два мешка длинных черных корней cabeza de negro (черная голова) — так растение называли местные жители.
Вернувшись в Пенсильванию, Маркер выделил из корней сапогенин, который по структуре был очень близок сарсасапогенину. Единственным отличием было наличие в молекуле диосгенина (так называется сапогенин из дикого ямса) дополнительной двойной связи.
Диосгенин из дикого ямса отличается от сарсасапогенина из сарсапариля только наличием одной дополнительной двойной связи (показана стрелкой)
Маркеру удалось удалить мешающую боковую группу, и в результате последующих реакций он получил большое количество прогестерона. Маркер убедился в том, что для получения значительных количеств недорогих стероидных гормонов следует организовать лабораторию в Мексике и использовать в качестве исходного материала мексиканский ямс.
Однако хотя такое решение казалось Маркеру осмысленным, оно не заинтересовало ни одну из крупных фармацевтических компаний, которые он попытался увлечь своей идеей. Традиции вновь встали на его пути. Руководители фармацевтических компаний утверждали, что в Мексике такой сложный синтез осуществить нельзя. Маркер не смог получить финансовой поддержки от фармацевтических компаний и решил заняться производством гормонов самостоятельно. Он ушел из Университета Пенсильвании и поселился в Мехико, где в 1944 году с несколькими компаньонами открыл фирму “Синтекс” (“синтез” плюс “Мексика”). Компания стала мировым лидером в производстве стероидов.
Однако пребывание Маркера в компании продолжалось недолго. Разногласия по вопросам финансов, прибыли и патентов привели к тому, что он ушел оттуда. Следующая учрежденная им компания, “Ботаника-Мекс”, была впоследствии куплена европейскими фармацевтическими фирмами. К этому времени Маркер обнаружил другие виды диоскореи, которые содержали еще больше диосгенина. Стоимость синтетического прогестерона постоянно снижалась. Эти виды ямса, корни которых раньше использовались местными фермерами только для одурманивания рыбы (при этом она оставалась съедобной), теперь выращиваются в Мексике в промышленных масштабах.
Рассел Маркер, чье открытие последовательности химических реакций, известной как деградация Маркера, открыло химикам доступ к использованию растительных стероидов. Фото любезно предоставлено Университетом Пенсильвании
Маркер не хотел патентовать свой метод, поскольку полагал, что им должны свободно пользоваться все желающие. Ему настолько надоели распри с коллегами и так не хотелось участвовать во всеобщей погоне за прибылью, которая, как он понял, направляла все химические исследования, что в 1949 году он уничтожил свои лабораторные журналы и записи, желая навсегда оставить занятия химией. Несмотря на это, именно предложенный Маркером процесс впоследствии позволил создать оральные контрацептивы.
Синтез других стероидов
В 1949 году молодой человек по имени Карл Джерасси, эмигрировавший в США из Австрии, поступил на работу в компанию “Синтекс” в Мехико. Он только что защитил в Университете Висконсина диссертацию, посвященную химическому превращению тестостерона в эстрадиол. Компания стремилась найти способ превращения имевшегося теперь в изобилии прогестерона в кортизон — один из 28 гормонов, выделенных из коры надпочечников (внешней части надпочечной железы, примыкающей к почкам). Это мощный противовоспалительный агент, который используется для борьбы с ревматоидным артритом. Подобно другим стероидам, в тканях животных кортизон присутствует в очень малых количествах. Его удавалось получить в лабораторных условиях, однако обходилось это очень недешево. Синтез включал в себя 32 стадии, а исходное соединение — дезоксихолевую кислоту — выделяли из желчи крупного рогатого скота, и в изобилии ее никогда не было.
Используя деградацию Маркера, Джерасси нашел гораздо более дешевый способ получения кортизона из растительного источника, например из диосгенина. Основная проблема в синтезе кортизона заключается в присоединении двойной связью кислорода по положению 11 в кольце C, поскольку в желчных кислотах и половых гормонах это положение в молекуле свободно.
Кортизон. Стрелкой показана связь C=O в положении 11.
Позднее был найден способ присоединения кислорода в этой позиции с помощью плесени Rhizopus nigricans. Сочетание химических реакций с микробиологическим процессом позволило осуществить синтез кортизона из прогестерона всего за восемь стадий — одну микробную и семь химических.
После успешного синтеза кортизона Джерасси получил из диосгенина эстрон и эстрадиол, в результате чего компания “Синтекс” превратилась в мирового лидера в производстве гормонов и стероидов. Следующей задачей Джерасси стал синтез прогестина — соединения, которое обладает свойствами прогестерона, но пригодно для перорального приема. Речь не шла о создании противозачаточных таблеток. В то время прогестерон, который уже был доступен по разумной цене (менее доллара за грамм), использовался для предотвращения выкидыша у женщин, у которых уже была неудачная беременность. Препарат прогестерона нужно было вводить с помощью инъекций в достаточно высоких дозах. Джерасси изучил литературу по этому вопросу и пришел к выводу, что введение в кольцо D группы с тройной связью углерод-углерод, возможно, позволит принимать препарат перорально. Кроме того, в одном исследовании упоминалось, что удаление СН3-группы (углерода с номером 19) повышает активность других родственных прогестерону молекул. Молекула, которую Джерасси и его коллеги синтезировали и запатентовали в ноябре 1951 года, оказалась в восемь раз активнее прогестерона. Новое вещество, которое можно было принимать перорально, назвали норэтиндроном (приставка “нор” относится к отсутствующей СН3-группе).
Сравнение структуры прогестерона и синтетического прогестина норэтиндрона
Критики контрацепции указывали на то, что эти таблетки придумали мужчины, а принимать их должны женщины. Это верно: химики, участвовавшие в создании этих молекул, были мужчинами, однако, как позднее заметил Джерасси (его иногда называют “отцом контрацепции”): “Мы и думать не думали, что это вещество в итоге станет активным компонентом почти половины контрацептивов, применяемых во всем мире”. Норэтиндрон исходно предназначался для гормонального поддержания беременности или нормализации менструального цикла, особенно у женщин с большой потерей крови при менструации. Но в начале 50-х годов при активном участии двух женщин этот препарат превратился из ограниченно применяемого средства для борьбы с бесплодием в неотъемлемый элемент каждодневной жизни миллионов женщин.
“Матери контрацепции”
Основательница Международной федерации планирования семьи Маргарет Сэнгер в 1917 году угодила в тюрьму за то, что в своей бруклинской клинике выдавала иммигранткам противозачаточные таблетки. Всю жизнь она свято верила в право женщин распоряжаться своим телом. Кэтрин Маккормик была одной из первых женщин, получивших ученую степень по биологии в Массачусетском технологическом институте. После смерти мужа она унаследовала крупное состояние. Она знала Маргарет Сэнгер более тридцати лет и даже помогала ей контрабандой ввозить в США противозачаточные диафрагмы, не говоря уже о финансовой помощи. Обеим женщинам уже было за семьдесят, когда они приехали в город Шрусбери в Массачусетсе для встречи с Грегори Пинкусом — специалистом в области фертильности и одним из основателей небольшой некоммерческой организации под названием Вустерский фонд экспериментальной биологии. Сэнгер поставила перед Пинкусом задачу создать безопасное, дешевое и эффективное “совершенное противозачаточное средство”, которое можно глотать, как аспирин. Маккормик помогла деньгами: в следующие пятнадцать лет она потратила на это более трех миллионов долларов.
Сначала Пинкус и его коллеги из Вустерского фонда проверили, действительно ли прогестерон блокирует овуляцию. Работа была проделана на кроликах. Однако после встречи с Джоном Роком из Гарвардского университета Пинкус понял, что опыты на людях дают такие же результаты. Рок был гинекологом и занимался проблемой бесплодия. Он использовал для лечения бесплодия прогестерон, так как убедился в том, что прекращение инъекций прогестерона (действие которого блокировало овуляцию на несколько месяцев) повышало вероятность зачатия.
В 1952 году в Массачусетсе действовал очень строгий закон о контроле над рождаемостью — один из самых строгих в США. Принимать контрацептивы было можно, однако выставлять, продавать, назначать и предоставлять противозачаточные средства, даже распространять информацию о них, считалось уголовным преступлением. Этот закон действовал до марта 1972 года. Учитывая обстоятельства, ясно, что Рок с большой осторожностью объяснял пациентам смысл инъекций прогестерона. Однако поскольку данный метод лечения бесплодия пока еще был экспериментальным, требовалось осознанное согласие пациенток. Прекращение овуляции объяснялось им как временный побочный эффект лечения, направленного на повышение вероятности зачатия.
Рок и Пинкус подозревали, что инъекции даже больших доз прогестерона не могут иметь длительное контрацептивное действие. Пинкус связался с фармацевтическими компаниями: существует ли аналог прогестерона, который был бы сильнее его и мог применяться перорально? И получил ответ: в настоящее время существует два прогестина, которые удовлетворяют его требованиям. Чикагская фармацевтическая компания “Г. Д. Серл” запатентовала молекулу, очень похожую на ту, которую Джерасси синтезировал для “Синтекса”. Их препарат, норэтинодрел, отличался от норэтиндрона только положением одной двойной связи. Считается, что активным веществом является норэтиндрон. По-видимому, под действием желудочного сока положение двойной связи в молекуле норэтинодрела меняется и он превращается в свой структурный изомер (соединение с той же формулой, но с другим расположением связей или атомов) — норэтиндрон.
Различие между молекулами норэтинодрела (компания “Г. Д. Серл”) и норэтиндрона (компания “Синтекс”) заключается в положении двойной связи (показано стрелками)
На каждое соединение был получен патент. Было известно, что в организме одно вещество превращается в другое, но вопрос о нарушении прав никогда не вставал.
Пинкус опробовал оба соединения, исследуя их способность подавлять овуляцию у кроликов. Единственным побочным действием препаратов оказалось отсутствие крольчат. В то же время Рок начал осторожно испытывать норэтинодрел, получивший название эновид, на своих пациентках. Ему по-прежнему приходилось придерживаться версии о том, что он занимается исследованием проблемы бесплодия и нарушением менструального цикла (что, впрочем, отчасти было правдой). Пациентки по-прежнему обращались к нему за помощью по поводу той же самой проблемы, и он продолжал проводить тот же эксперимент, что и раньше: на несколько месяцев блокировал овуляцию, поскольку после этого вероятность зачатия повышалась, по крайней мере, у некоторых женщин. Однако теперь он использовал синтетический прогестин, который назначали перорально и в меньших дозах, чем синтетический прогестерон. Восстановление фертильности, по-видимому, происходило с такой же вероятностью. Наблюдение за пациентками показало, что эновид со стопроцентной эффективностью подавляет овуляцию.
Теперь пришло время испытаний в условиях практической работы. Их удалось провести в Пуэрто-Рико. Критики обвинили инициаторов “Пуэрториканского эсперимента” в том, что испытания были якобы проведены на бедных и необразованных женщинах, которые не понимали их сути. Однако по части информированности о средствах контрацепции жители Пуэрто-Рико значительно опережали жителей штата Массачусетс. Хотя основное население Пуэрто-Рико составляют католики, еще в 1937 году (на 35 лет раньше, чем в Массачусетсе) местные законы были изменены так, что распространение контрацептивов перестало считаться преступлением. Здесь существовали клиники, занимавшиеся вопросами планирования семьи (так называемые дородовые клиники), а местные врачи и медицинский персонал поддерживали идею о проведении полевых испытаний пероральных противозачаточных препаратов.
Отобранных для испытаний женщин подвергли тщательному осмотру. Возможно, они были бедными и необразованными, но при этом трезво смотрели на вещи. Скорее всего они не знали деталей женского гормонального цикла, но зато хорошо понимали сложности, связанные с наличием большого количества детей. Для 36-летней матери тринадцати детей, живущей натуральным хозяйством и ютящейся со своей семьей в двухкомнатной лачуге, любой возможный негативный эффект от приема противозачаточных таблеток казался меньшим злом, чем очередная нежелательная беременность. В 1956 году в Пуэрто-Рико не было недостатка в добровольцах. Не было его и во время следующих испытаний, проведенных на Гаити и в Мехико.
В целом в испытаниях приняло участие более двух тысяч женщин. Неудача в предотвращении беременности наблюдалась лишь в 1 % случаев (аналогичный показатель для других форм контрацепции составлял от 30 до 40 %). Клинические испытания перорального противозачаточного препарата прошли успешно. Задача, поставленная двумя пожилыми женщинами, серьезно обеспокоенными проблемой прав женщин, оказалась выполнимой. По иронии судьбы, если бы эти испытания проводились в Массачусетсе, само информирование участниц о целях эксперимента было бы незаконным.
В 1957 году Управление США по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств разрешило использовать препарат эновид для нормализации менструального цикла. Хотя контрацептивные свойства препарата стали известны всем, власти считали, что женщины вряд ли будут принимать какие-либо таблетки ежедневно и что их, кроме того, отпугнет сравнительно высокая цена препарата (месячный курс стоил около десяти долларов). Через два года после правительственного разрешения около полумиллиона женщин принимали эновид “для нормализации месячного цикла”.
Компания “Г. Д. Серл” подала заявку на разрешение применения эновида в качестве противозачаточного препарата, и в 1960 году получила разрешение. К 1965 году около четырех миллионов американок сидели “на пилюлях”, а через двадцать лет около восьмидесяти миллионов женщин во всем мире пользовались молекулами, полученными благодаря экспериментам Маркера с мексиканским ямсом.
Во время испытаний в Пуэрто-Рико суточная доза препарата составляла десять миллиграммов (это еще один пункт, в связи с которым эти испытания до сих пор подвергаются критике), однако позднее она была снижена до пяти, а затем до двух миллиграммов, и даже меньше. Оказалось, что добавление к синтетическому прогестину небольшой дозы эстрогена снижает нежелательное побочное действие препарата (увеличение массы тела, тошноту, внутренние кровотечения и перепады настроения). К 1965 году созданная “Синтексом” молекула норэтиндрон, выпускавшаяся по лицензии компаниями “Парк-Дэвис” и “Орто” (подразделение “Джонсон и Джонсон”), доминировала на рынке противозачаточных препаратов.
А почему не были созданы противозачаточные таблетки для мужчин? В создании пилюль ключевую роль сыграли две женщины — Маргарет Сэнгер (чья мать скончалась от чахотки в возрасте пятидесяти лет, имела одиннадцать детей и перенесла несколько выкидышей) и Кэтрин Маккормик. Обе они были уверены в том, что контролировать рождаемость должны женщины. Вряд ли они стали бы бороться за создание средств контрацепции для мужчин. Но если бы создатели первых противозачаточных таблеток синтезировали вещество, которое должны были принимать мужчины, разве не стали бы их критиковать за то, что “химики-мужчины создали метод, позволяющий мужчинам контролировать рождаемость”? Это вполне возможно.
На самом деле сложности создания противозачаточных таблеток для мужчин объясняются биологическим фактором. Норэтиндрон и другие синтетические прогестины лишь имитируют естественный сигнал прогестерона к остановке овуляции. У мужчин гормональный цикл отсутствует. Остановить на длительный срок образование миллионов сперматозоидов, которое происходит ежедневно, гораздо сложнее, чем предотвратить развития яйцеклетки один раз в месяц.
До сих пор ведутся исследования, направленные на создание мужских противозачаточных пилюль, что связано с потребностью равноправного разделения ответственности в вопросах деторождения. Один негормональный способ контрацепции заключается в использовании госсипола — токсичного полифенола, экстрагируемого из хлопкового масла (мы упоминали о нем в главе 7).
Госсипол
В 70-х годах XX века в Китае были проведены исследования, которые показали, что госсипол подавляет образование сперматозоидов, однако было неизвестно, обратимо ли это действие, и, кроме того, прием госсипола сопровождался снижением уровня калия в крови, что вызывало нарушение сердечного ритма. Недавние исследования, проведенные в Китае и в Бразилии, показали, что при использовании малой дозы препарата (от 10 до 12,5 мг в сутки) это побочное действие минимизировано. В настоящее время проводятся дальнейшие исследования возможностей применения данного вещества.
Какие бы новые, более совершенные методы контроля рождаемости ни появились в будущем, вряд ли они изменят общество так, как это сделали пилюли. Пока они не получили повсеместного распространения. До сих пор ведутся дебаты по поводу того, не противоречит ли их применение принципам морали, не разрушает ли семейные ценности и не вызывает ли проблем со здоровьем, особенно если принимать их долгое время. Однако не приходится сомневаться в том, что главное изменение, произошедшее в обществе в связи с рождением пилюль — появление у женщин возможности контролировать рождение детей, — привело к настоящей революции. За последние сорок лет в тех странах, где норэтиндрон и подобные ему вещества получили широкое распространение, значительно сократилась рождаемость. Женщины стали в среднем образованнее и начали работать наравне с мужчинами. Политика, бизнес и торговля уже давно не являются исключительно мужскими занятиями.
Норэтиндрон — это не просто противозачаточный препарат. Его появление способствовало тому, что женщины смогли говорить открыто не только о проблемах деторождения и контрацепции, но и о раке груди, насилии в семье, инцесте. За малое время в нашем сознании произошли невероятные изменения. Женщины по-прежнему воспитывают детей и занимаются семьей, но при этом также руководят государствами, управляют истребителями, выполняют хирургические операции на сердце, участвуют в марафоне, летают в космос, возглавляют компании и ходят в кругосветные плавания.