Интервью с ученым Ноем Уайтманом, автором книги о природных токсинах

В своей книге «Самый вкусный яд: история природных токсинов от специй до пороков» профессор Ной Уайтман изящно сочетает личные воспоминания и научные подробности. В конце мая 2024 года ученый ответил на несколько вопросов издания Lavender.

Я перевел некоторые наиболее интересные ответы ученого, которые он дал на вопросы Итана Боатнера, американского писателя и фотографа.

***

Я получил образование в области генетики, эволюционной биологии, биологии насекомых, биологии растений, орнитологии, экологии и ботаники, так что можно понять, зачем мне изучать эволюцию взаимоотношений растений и животных. Когда растения производят химические вещества для защиты, животные создают контрмеры для безопасного употребления растений в пищу. Некоторые животные, например бабочка-монарх, используют токсины в целях собственной защиты.

***

История «величайшего шоу на Земле» – это зарождение жизни и ее разнообразия, которое привело к появлению нас и всех прекрасных существ, с которыми мы делим эту планету.

Земная жизнь началась 3,5 миллиарда лет назад с тех пор, когда обнаруживаются первые настоящие микробные ископаемые бактерии. Около 575 миллионов лет назад появились первые океанские животные, оставившие окаменелости, похожие на блины. От этих ранних животных произошло несколько ветвей беспозвоночных, ползавших по земле 400 миллионов лет назад, то есть 70 миллионов лет после того, как из водорослей произошли первые наземные растения.

Наши предки и предки насекомых перенеслись из воды на сушу, где две линии колонизировались независимо. Первые наземные позвоночные, наши предки, были хищниками, тогда как наземные позвоночные, вероятно, питались детритом, водорослями, ранними растениями и связанными с ними грибами. Насекомые произошли от ракообразных и воспользовались преимуществами быстрого разнообразия наземных растений, чтобы использовать их в пищу и в качестве среды обитания.

Сегодня примерно 50% всех видов насекомых являются травоядными, что вынуждает растения постоянно вырабатывать новые средства защиты от них. Модульные конструкции растений допускают некоторое возобновление роста; они могут позволить себе быть съеденными – в некоторой степени – но они не могут убежать. Предпочтение отдавалось растениям, создававшим химическую защиту, активирующуюся при атаке насекомых, что привело к гонке вооружений с насекомыми. Другие животные тоже едят растения от маленьких клещей до крупных слонов, и они тоже воюют с растениями.

***

Изречение Парацельса гласит: «Яд создает доза». Ядовитым может быть все что угодно, хотя глагол «отравлять» подразумевает агента, действующего намеренно. Мышьяк можно использовать в качестве яда, но он появился на планете не потому, что оказался токсичным. Кофеин можно считать ядом, потому что он используется в шести различных линиях растений в качестве химической защиты.

***

Случайные мутации в геномах организмов привели к эволюции новых химических веществ, образованных ферментами, измененными в результате мутаций. Иногда копия гена, кодирующего фермент, создается дважды, что позволяет одному из генов выполнять новую роль, а в случае возникновения мутаций может даже создать новый химический субстрат. Если эта мутировавшая версия дает преимущество, скажем, путем производства кофеина из предшественника метилксантина, она выбирается.

Агент, осуществляющий естественный отбор, является травоядным, поскольку растения, которые теперь производят кофеин, будут устойчивы к нападению насекомых. Мы знаем это, потому что если вы искусственно введете этот путь в растение, которое обычно этого не делает, это растение будет защищено. Но природа находит выход: в конце концов, некоторые насекомые преодолевают химическую защиту, например, кофейный жук.

Возраст людей насчитывает от 150 000 до 200 000 лет, а растительные химические вещества, на которые мы полагаемся, впервые появились от десятков до сотен миллионов лет назад. Мы знаем это из последовательностей ДНК и молекулярных часов, это та скорость, с которой мутации происходят и накапливаются в популяциях с течением времени. Это не значит, что мы не манипулируем химическими веществами сейчас, мы это делаем, но они сначала эволюционировали без каких-либо людей вокруг, даже раньше человекообразных обезьян.

***

Человеческая культура развивается вместе с нашими генами и возбудителями инфекционных заболеваний, которые атакуют нас. Растения, которые мы едим, иногда могут усилить нашу собственную защиту от этих врагов. Одним из лучших примеров является фавизм, наиболее распространенный наследственный дефицит ферментов у людей, который приводит к тому, что эритроциты становятся чувствительными к некоторым пищевым токсинам. Бобы фава содержат набор токсинов, называемых вициновыми алкалоидами, которые не переносят люди с дефицитом G6PD, при употреблении их эритроциты погибают.

Но угадайте, что должно проникнуть в эритроциты для размножения? Малярийные паразиты. Интересно, что фавизм наиболее распространен там, где люди едят много фавы и бобов. Гипотеза состоит в том, что сочетание генов фасоли усиливает устойчивость к малярии. Люди с фавизмом более устойчивы к малярии, даже если фавизм также вреден. Аналогичная связь существует между серповидноклеточной анемией, употреблением маниоки и малярией.

***

Он [мой отец] был натуралистом и использовал и природу, и алкоголь, чтобы справиться со своими демонами. Я столкнулся с двумя сторонами: щедрый, терпеливый натуралист, который показал мне чудеса мира природы, и тупой пьяный человек, который невнятно произносил слова. Биполярность Джекила и Хайда тогда сбивала с толку, но теперь я это понимаю. Он использовал природные токсины, чтобы отразить своих врагов, точно так же, как это делают многие животные, которых я изучаю, например, бабочка-монарх.

***

Большой вопрос заключается в том, могут ли психоделические молекулы и в какой степени служить терапевтическим средством для людей, страдающих расстройствами, связанными с употреблением наркотиков, и другими проблемами психического здоровья. Это многообещающе, но многое еще неизвестно и существует большой ажиотаж.

Я убежден, что эти препараты потенциально способны изменить ситуацию в сочетании с поведенческой, когнитивной и другими видами терапии. Мой коллега из Калифорнийского университета, профессор Гюль Долен, показал, что эти препараты открывают в нашем мозгу нечто, называемое «критическим периодом», и в этом может быть скрыт секрет, казалось бы, целебных свойств этих препаратов.

В то же время нам необходимы двойные слепые плацебо-контролируемые клинические испытания, если мы хотим действительно понять, правда ли и в какой степени эти препараты помогают избавиться от расстройств, связанных с употреблением наркотиков, депрессии, посттравматического стрессового расстройства и других психических расстройств.

Искусственный интеллект предоставляет новые возможности для разработки лекарств, не созданных природой, или для модификации лекарств, которые впервые появились в природе, чтобы сделать их более эффективными при лечении новых заболеваний. В недавней статье ИИ использовался для разработки новых антибиотиков, которые вполне могут стать новым классом этих важных лекарств.