Загадка цинги и первые эмпирические наблюдения над неизвестными факторами жизни
История открытия витаминов – это захватывающая одиссея человеческого разума от столетий беспомощности перед лицом загадочных болезней до триумфа научного поиска, увенчанного Нобелевскими премиями. Она начинается задолго до появления самого термина «витамин», в эпоху великих географических открытий, когда моряки, отправлявшиеся в длительные плавания, сталкивались со страшным недугом – цингой. Эта болезнь, проявляющаяся кровоточивостью десен, выпадением зубов, слабостью, апатией, и в конечном итоге смертью, была бичом флотов, унося тысячи жизней и делая многие экспедиции невозможными. Потери от цинги зачастую превышали потери от боевых действий и штормов. В те времена никто не понимал истинных причин ее возникновения, связывая ее с плохим воздухом, холодом, тяжелым трудом или даже меланхолией.
Первые, по сути, эмпирические, но крайне важные шаги к разгадке тайны цинги были сделаны еще в XVI-XVIII веках. Мореплаватели, такие как Жак Картье, во время своих экспедиций в Новый Свет, случайно обнаруживали, что отвар из хвои определенного дерева (предположительно, туи западной), предложенный местными индейцами, мог спасти умирающих от цинги членов экипажа. Эти наблюдения были разрозненными и не привели к систематическому пониманию проблемы, но они заложили основу для будущих исследований, указывая на связь между питанием и здоровьем.
Ключевым моментом в этом раннем периоде стало новаторское исследование шотландского врача Джеймса Линда, проведенное в 1747 году на борту корабля HMS Salisbury. Линд провел первое в истории медицины контролируемое клиническое испытание, разделив двенадцать моряков, страдающих цингой, на шесть пар и назначая каждой паре различные диетические добавки: сидр, эликсир витриола, уксус, морскую воду, мускатный от орех и цитрусовые (два апельсина и один лимон). Результаты были поразительными: моряки, получавшие цитрусовые, показали быстрое и полное выздоровление. Это было неопровержимое доказательство того, что некий компонент в цитрусовых обладает лечебными свойствами против цинги. Линд опубликовал свои выводы в 1753 году в трактате «Трактат о цинге» (A Treatise of the Scurvy), но, к сожалению, его рекомендации не сразу были приняты всеми флотами. Потребовалось еще несколько десятилетий, прежде чем Британское Адмиралтейство в 1795 году официально ввело обязательное ежедневное употребление сока лайма или лимона для всех моряков, что практически полностью искоренило цингу на флоте. Это решение было одним из самых значимых достижений в области общественного здравоохранения того времени, хотя природа «антискорбутного фактора» оставалась неизвестной. Тем не менее, это был первый четкий сигнал о существовании в пище неких жизненно важных веществ, помимо уже известных белков, жиров и углеводов, дефицит которых приводит к тяжелым заболеваниям.
К концу XIX века наука о питании достигла значительных успехов в понимании роли макронутриентов – белков, жиров и углеводов – как источников энергии и строительного материала для организма. Считалось, что если диета содержит достаточное количество этих веществ, а также минеральных солей и воды, то она является полноценной. Однако накапливались данные, которые не вписывались в эту парадигму. В разных частях света наблюдались эндемичные заболевания, такие как бери-бери в Юго-Восточной Азии, рахит в северных широтах и пеллагра в некоторых регионах Европы и США, которые явно были связаны с питанием, но не объяснялись дефицитом макронутриентов.
Эпоха «аксессорных факторов» и зарождение витаминологии как науки
Переломным моментом стало осознание существования так называемых «аксессорных факторов» или «дополнительных пищевых веществ». Русский врач Николай Лунин в 1881 году провел эксперименты на мышах, показав, что животные, питавшиеся искусственной диетой, состоящей из очищенных белков, жиров, углеводов, солей и воды, умирали, в то время как мыши, получавшие натуральное молоко, оставались здоровыми. Он сделал вывод, что «в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания». Его работа, к сожалению, осталась незамеченной мировым научным сообществом на долгие годы.
Более широкое признание идеи «аксессорных факторов» пришло благодаря работам голландского врача Кристиана Эйкмана. Работая в Индонезии в конце XIX века, он изучал бери-бери – неврологическое заболевание, широко распространенное среди местного населения, основу рациона которого составлял полированный рис. Эйкман заметил, что куры, которых кормили полированным рисом, тоже заболевали симптомами, схожими с бери-бери, а при переходе на неочищенный рис их состояние улучшалось. Он ошибочно предположил, что в полированном рисе содержится некий токсин, а в рисовых отрубях – антитоксин. Однако его коллега Геррит Грийнес позже пришел к правильному выводу: бери-бери вызывается дефицитом некоего вещества, содержащегося в рисовых отрубях. Это было первое четкое указание на то, что отсутствие определенного вещества в пище, а не наличие токсина, является причиной болезни.
В начале XX века английский биохимик Фредерик Гоуленд Хопкинс, независимо от Лунина, провел аналогичные эксперименты на крысах, подтвердив, что для нормального роста и развития организма необходимы некие «аксессорные факторы питания», которые присутствуют в небольших количествах в натуральных продуктах. В 1912 году он опубликовал свои выводы, подчеркнув, что эти вещества имеют «колоссальное значение». Именно за открытие «стимулирующих рост витаминов» Эйкман и Хопкинс были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1929 году, что стало официальным признанием новой эры в науке о питании.
Термин «витамин» (vitamine) был предложен в 1912 году польским биохимиком Казимиром Функом. Он работал над выделением вещества из рисовых отрубей, которое могло предотвращать и лечить бери-бери. Функ полагал, что это вещество является амином (соединением, содержащим азот) и жизненно важно для жизни («vita»). Так родилось слово «vitamine» – «жизненный амин». Хотя позже выяснилось, что не все такие вещества являются аминами, название прижилось, потеряв конечную «е» и став «витамином», обозначив целую новую группу незаменимых органических соединений, необходимых организму в малых количествах для поддержания нормальной жизнедеятельности.
После введения термина «витамин» и признания концепции «аксессорных факторов» начался настоящий золотой век витаминологии. В течение нескольких десятилетий, особенно в период между 1920-ми и 1940-ми годами, ученые по всему миру активно исследовали, выделяли, идентифицировали и синтезировали различные витамины. Это был период интенсивных биохимических исследований, которые привели к открытию практически всех известных сегодня витаминов и пониманию их ключевой роли в метаболизме.
Одним из самых ярких примеров этого периода является история витамина C. После работ Линда и последующих наблюдений, «антискорбутный фактор» оставался загадкой. В 1920-х годах венгерский биохимик Альберт Сент-Дьёрди, работая над изучением биологического окисления, выделил из надпочечников, а затем из паприки и цитрусовых, вещество, которое он назвал «гексуроновой кислотой». Вскоре стало ясно, что это и есть тот самый антискорбутный фактор. В 1932 году Сент-Дьёрди и его коллега Джозеф Свирбелли окончательно доказали, что гексуроновая кислота идентична витамину C. В 1937 году за это открытие, а также за исследования в области биологического окисления, Сент-Дьёрди был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине.
Золотой век открытий, синтез и Нобелевские признания: триумф витаминологии
Параллельно с этим, велись активные исследования других витаминов. Витамин A был выделен из рыбьего жира и моркови и идентифицирован как важный для зрения и роста. Витамин D, известный своей ролью в предотвращении рахита, был выделен и синтезирован, а его значение для метаболизма кальция и фосфора стало очевидным. За работы по изучению стеринов и их связи с витаминами, в частности с провитамином D, Нобелевская премия по химии была присуждена Адольфу Бутенандту и Леопольду Ружичке в 1939 году (хотя Бутенандт первоначально отказался от премии по политическим причинам, но принял ее позже). За исследования каротиноидов и флавинов, а также витаминов А и В2, Нобелевскую премию по химии получил Пауль Каррер в 1937 году, а Рихард Кун в 1938 году был удостоен аналогичной награды за работы по каротиноидам и витаминам (в частности, B2 и B6).
Другие важные открытия включали идентификацию различных компонентов B-комплекса (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12), каждый из которых играет уникальную роль в клеточном метаболизме. Витамин K был открыт датским ученым Хенриком Дамом, который обнаружил, что определенное вещество необходимо для свертывания крови. В 1943 году Дам, совместно с американским биохимиком Эдвардом Дойзи, который выделил и синтезировал витамин K, получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за это открытие.
Особое значение имела разработка методов химического синтеза витаминов. Это позволило производить их в промышленных масштабах, делая доступными для широких слоев населения. Синтез витаминов стал мощным инструментом в борьбе с дефицитными заболеваниями. Фортификация продуктов питания (добавление витаминов в муку, молоко, маргарин) стала обычной практикой, что привело к практически полному искоренению таких болезней, как рахит, пеллагра и бери-бери в развитых странах. Например, Роберт Бернс Вудворд, выдающийся химик-органик, был удостоен Нобелевской премии по химии в 1965 году за выдающиеся достижения в области органического синтеза, включая синтез сложных природных соединений, таких как витамин B12, что является одним из самых сложных синтезов в истории химии.
Сегодня витаминология продолжает развиваться. Исследования углубляются в понимание молекулярных механизмов действия витаминов, их взаимодействия с генами (эпигенетика) и их роли в профилактике хронических заболеваний. Открытие витаминов стало одним из величайших достижений медицины и биохимии, трансформировав наше понимание здоровья и питания и радикально улучшив качество и продолжительность жизни миллионов людей по всему миру. От простой догадки о «чем-то» в пище, спасающем от цинги, до детального понимания сложных биохимических путей, в которых участвуют витамины, эта история является ярким свидетельством силы научного метода и его способности решать самые насущные проблемы человечества.
Данная статья носит информационный характер.