ბიოტექნოლოგიის ინდუსტრია ახალ სამკურნალო საშუალებებს ბუნებრივი ცილების მოდიფიცირებით ქმნის. თუმცა უილიამ დეგრადო, პენსილვანიის უნივერსიტეტის ქიმიკოსი-მხატვარია და არა მოდიფიკატორი. თავისი კარიერის განმავლობაში ის ახალ ცილების შექმნას ძირითადად ნულიდან იწყებდა – ეს სამგანზომილებიანი საინჟინრო ამოცანა იმდენად რთულია, რომ ჯერ კიდევ ცოტა ხნის წინ ბევრი მეცნიერი არ იყო მზად მის გადასაჭრელად. Dდეგრადომ მიზნად დაისახა მეცნიერებისთვის უცნობი მოლეკულების შექმნა, რომელთაც შეუძლიათ ადამიანებს ემსახურონ: მაგალითად, ტოქსიკური ნივთიერებები შეაკავშირონ ან კიბოს ებრძოლონ.
პრაქტიკულ შედეგებამდე ჯერ კიდევ შორია. თუმცა დეგრადოს მცდელობამ, გამოიგონოს ხელოვნური მოლეკულები, რაც უფრო რთული ბუნებრივი მოლეკულების კოპირებითაა შესაძლებელი, შესაძლოა ბევრად მნიშვნელოვანი სარგებელი მოიტანოს, რაც მძლავრი ანტიბიოტიკების ახალი თაობის შექმნას გულისხმობს.
მეცნიერებმა დიდი ხნის წინ გამოარკვიეს, რომ განსხვავებული ორგანიზმები: მწერები, ბაყაყები, ღორები და ასევე ადამიანები მიკრობებთან საბრძოლველად ანტიმიკრობულ პეპტიდებს – ცილის ბუნების მქონე თავისებურ თვითნაბად ანტიბიოტიკებს ქმნიან. ეს ქიმიური შენაერთები ძლიერ დამცავ სისტემას წარმოადგენენ. ისინი მიკრობებს თავს იმდენად სპეციფიკური მეთოდით ესხმიან, რომ წინააღმდეგობის გაწევა, ფაქტობრივად, შეუძლებელია.
სამკურნალო საშუალებათა მწარმოებლები დიდხანს ცდილობდნენ ანტიმიკრობული პეპტიდების გამოყენებას, მაგრამ ეს იოლი არ აღმოჩნდა. მათი წარმოება რთულია, ისინი არასტაბილურნი არიან სისხლის მიმოქცევაში და თანმდევი ეფექტებიც აქვთ. 2006 წელს ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ სამკურნალო საშუალებამ, რომელიც ღორისგან მიღებულ ნივთიერებაზე იყო დაფუძნებული, პნევმონიის შეჩერება ვერ შეძლო. სხვა პრეპარატი, რომელიც აფრიკული ბაყაყისგან იყო მიღებული, როგორც დიაბეტური წყლულის სამკურნალო საშუალება, 1999 წელს აშშ-ს წამლებისა და კვებითი დანამატების კონტროლის კომისიამ გააუქმა. მიზეზი პეპტიდების მაღალი ღირებულება და პრეპარატის უსაფრთხოებასთან დაკავშირებული შესაძლო პრობლემები გახდა.
სიმულაციის დახმარებით, რაც მძლავრ სუპერკომპიუტერზე წარმოებს, დეგრადომ ახალი ანტიობიოტიკები შექმნა, რომლებიც ბუნებრივი ანტიბიოტიკების ასლია, თუმცა წარმოებაში შედარებით უბრალო და სტაბილურია. ეს მოლეკულები თავიანთი პროტოტიპების თვისებებს ავლენენ. ისინი ზომით ოთხჯერ უფრო მცირეა და მათი დამზადება სტანდარტული ქიმიური ტექნიკის მეშვეობითაა შესაძლებელი. „სუპერკომპიუტერის მუშაობა ანტიობიოტიკის შექმნაში კრიტიკულად მნიშვნელოვანი იყო”, – მიიჩნევს დეგრადო – „მან გადაუჭრელი ამოცანა რეალობად აქცია!”
ამ სერიის პირველი პრეპარატის გამოცდას ამჟამად ფირმა PolyMedix აწარმოებს, რომელიც დეგრადომ და მისმა პარტნიორმა 2009 წელს დააფუძნეს. ცხოველებზე ტესტირებით წამალი PMX-30063 ავადმყოფობის გამომწვევ ბაქტერიებს იმაზე ნაკლებად არ უმკლავდება, ვიდრე ანტიობიოტიკების ოქროს სტანდარტი – ვანკომიცინი. პრეპარატის ეფექტურობის გამოკვლევამ კანის სტაფილოკოკური ინფექციების წინააღმდეგ შესაძლოა უკვე ამ წელიწადში მოგვცეს შედეგები.
ახალ ანტიბიოტიკებზე მოთხოვნა იმის მიხედვით მატულობს, თუ როგორ გამოიმუშავებენ ბაქტერიები უკვე არსებულ ბაქტერიებთან წინააღმდეგობრიობას. მაგალითად, მეტიცილინთან მდგრადი ოქროსებრი სტაფილოკოკი (Staphylococcus aureus) წელიწადში 18 650 სიკვდილზე აგებს პასუხს და ეს მხოლოდ ამერიკის საავადმყოფოებში! პეპტიდურ ანტიბიოტიკებთან წინააღმდეგობრიობის გამომუშავება უფრო რთულია, ვინაიდან ისინი აზიანებენ არა ქსოვილის შიგნით არსებულ კონკრეტულ ნივთიერებას, არამედ მემბრანას, რომლითაც ბაქტერიაა შემოსაზღვრული.
2002 წელს დეგრადო დაფიქრდა იმაზე, თუ როგორი უნდა ყოფილიყო ყველაზე უბრალო მოლეკულა, რომელიც ბაქტერიული მემბრანის შიგნით შეღწევას და მის განადგურებას შეძლებდა. მან მოიფიქრა ორმხრივი სტრუქტურა: ერთი მხარე მიიზიდება უარყოფითად დამუხტული მოლეკულებისაკენ ბაქტერიული მემბრანების ზედაპირზე (ეს ბაქტერიულ მემბრანას ადამიანური მემბრანისგან განასხვავებს, რომელსაც ნაკლები უარყოფითი მუხტი აქვს), ხოლო მოლეკულის მეორე მხარეს ცხიმოვანი ბოლო აქვს, რომელსაც მემბრანის შიდა ნაწილი იზიდავს.
დეგრადომ თავის ასპირანტთან გრეგორი თიუსთან (ახლა უკვე მასაჩუსეტსის უნივერსიტეტის პროფესორია) ერთად ნახევარმთვარისებრი ფორმის მოლეკულის ესკიზი შექმნა. ის რაღაცით კევლარის სინთეტიკურ პოლიმერსაც გვაგონებს, რომელიც ტყვიაგაუმტარ ჟილეტებში გამოიყენება. დეგრადო დარწმუნებული არ იყო, რომ ის იმუშავებდა, ამიტომაც პროექტი მოლეკულური მოდელირების ექსპერტს მაიკლ კლაინს აჩვენა. ერთი შეხედვაც საკმარისი იყო იმის მისახვედრად, რომ დეგრადომ რაღაც მნიშვნელოვანს მიაგნო: „მე ისეთი შთაგონებული ვიყავი, რომ დეგრადოს ვთხოვე, პროექტზე ხელი მოეწერა, თარიღი მიეთითებინა და ჩემი მდივნისთვის მიეცა შესანახად”, – იხსნებს კლაინი, რომელიც ახლა ტემპლის უნივერსიტეტში მუშაობს.
კლაინმა შეიმუშავა სიმულაცია სუპერკომპიუტერზე, რათა პრაქტიკულად ატომური სიზუსტით პროგნოზირება გაეკეთებინა, თუ რა მოხდება, როდესაც დეგრადოს მოლეკულა ბაქტერიის მემბრანას შეეჯახება. ფილმის თითოეული „კადრი” ნანოსეკუნდის ფრაქციას წარმოადგენს და მასში 1 მლნ გამოთვლა შედის. პიტსბურგის სუპერკომპიუტერულ ცენტრში სიმულაციის შექმნას დაახლოებით სამი თვე დასჭირდა და აშკარა გახდა, რომ დეგრადოს ინტუიცია უტყუარი იყო. „სიმულაციის დახმარებით ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ მათ მემბრანაში შეღწევა შეუძლიათ”, – მოგვითხრობს კლაინი. – „როდესაც მათი საკმარისი რაოდენობა გროვდება, ისინი მემბრანის სხვა მხარეს მიემართებიან და მასში ფოსოს ქმნიან”. შემადგენელი ბაქტერიები გარეთ გამოდის. ეს მოდელი ლაბორატორიულმა ექსპერიმენტებმა დაადასტურეს.
დეგრადომ და კლაინმა 2002 წელს პირველადი შედეგები გამოაქვეყნეს და მაშინვე დააფუძნეს კომპანია PolyMedix. მოლეკულის შექმნასა და ტესტირებას ექვსი წელი დასჭირდა – ის იმდენად უსაფრთხო და ეფექტური უნდა გამხდარიყო, რომ მისი ადამიანზე გამოცდა შესაძლებელი ყოფილიყო. სტანდარტულმა ლაბორატორიულმა ტესტებმა პრეპარატ PolyMedix -თან ბაქტერიის წინააღმდეგობრიობა არ გამოავლინეს. კლაინი ამტკიცებს, რომ სიმულაციის გაგრძელება ქიმიკოსებს იმაში არწმუნებს, რომ ისინი სწორ გზაზე დგანან: „ჩვენი როლი ხშირად ფსიქოლოგიურია. კარგი სწავლული თავის ინტუიციას მიჰყვება. თუ ჩვენ ამ ინტუიციით ნაკარნახებ მაშინ შემდეგ დონეზე გადასვლაც თამამად შეგვეძლება”.
უოლ-სტრიტი სკეპტიკურადაა განწყობილი. PolyMedix -ის აქციები ერთი დოლარის ფარგლებში მერყეობს. შეჯამების სახით დაისმის კითხვა: შეძლებს კი პრეპარატი განასხვაოს პატრონის ბაქტერია, როდესაც ცოცხალი უჯრედების განადგურებას დაიწყებს? PolyMedix -ის აღმასრულებელი დირექტორი ნიკოლას ლანდეკისი ვერანაირ პრობლემას ვერ ხედავს, რაც პროექტს საფრთხეს შეუქმნის. თუმცა ზუსტ შედეგს მხოლოდ ადამიანებზე ჩატარებული მასშტაბური გამოკვლევების შემდეგ მივიღებთ.
