Если что, акул нам жалко, как и других животных. У нас в Гельтеке при разработках обычно страдают только растения и нервы химика-технолога. Ещё камни, нам их тоже не очень жалко. Более того, акулы очень сомнительные в плане органолептики.
Без специальной обработки они пахнут как стихийный уличный туалет в ближайшем переулке после рок-фестиваля.
Так себе маргарин, короче. Про него и то, зачем его мазать на себя, поговорим позже.
Акулы клёвые. Они древние, и многие вещи у них работают не так, как у нормальных приличных рыб. Например, большинство рыб, если расслабятся, то обычно плавают с нейтральной плавучестью, куда поток несёт.
Те, кто предпочитает доедать на дне то, что нападало сверху, теряют плавательный пузырь в процессе эволюции и честно пылесосят всю органику в нижних слоях.
С акулами было непонятно — они не очень дружелюбные, а исследователей приходилось менять чаще, чем специалистов по поведению карпов.
Никто особо не страдал по поводу этой неразгаданной тайны, пока в 2015 году Ицуми Накамура с сотоварищами не решил прицепить к ним доработанный фитнес-трекер.
Как акула плавает
Добрые исследователи поймали нескольких глубоководных шестижаберных акул Hexanchus griseus и одну Echinorhinus cookei, которую тоже решили приобщить к эксперименту. В норме у рыб отрицательная или нейтральная плавучесть, в зависимости от стиля жизни.
В этом же эксперименте исследователи получили несколько неожиданный результат. Акулы совершали непрерывные движения по вертикали в течение суток (А). Они всплывали до 200—300 метров каждую ночь, а затем ныряли ниже 500 в течение дня. Заодно радовали исследователей фотками случайных морских обитателей дна (C). Когда данные проанализировали, оказалось, что у них калибровка ещё более странная, чем предполагалось. Акулы имели положительную плавучесть, что вынуждало их грести для погружения и выталкивало их наверх, пока рыба решала немного поспать. Почему они выбрали именно такой подход, авторы не определились, так как результат оказался противоположным ожидаемому. Одна из гипотез — так легче выныривать в верхние слои воды, чтобы делать кусь расслабившейся добыче.
Нам же в этой истории интереснее то, за счёт чего они вообще регулируют свою силу Архимеда. Это — печень, которая очень жирная и богатая веществом скваленом. Его впервые выделили в 1916 году и дали название в честь рода акул Squalus. О нём и его производных сегодня и поговорим.
Что это такое
Сквален — углеводород, C₃₀H₅₀, шесть изопреновых звеньев в ряд. Это промежуточное звено в производстве холестерина. Из него организм собирает стероидные гормоны и защитные мембраны для клеток. Клетка с помощью сквален-синтазы сшивает его из молекул-предшественников, окисляет и сворачивает в кольца, которые через несколько этапов станут, например, тестостероном. Причём если до сквалена промежуточные продукты ещё можно было использовать в куче биохимических реакций, то после него путь уже только один — в стеролы. Сам по себе сквален обычно не накапливается, если вы не акула, а сразу тащится в дальнейший синтез целевого продукта. И только кожа в этом плане отличается.
Сальные железы вырабатывают себум. Они очень стараются, обильно покрывая лицо защитным кожным салом. Если стараются больше обычного, то появляется лёгкий и ненавязчивый эффект «Я вытер лицо жирными блинами», который неблагодарные организмы почему-то не ценят. В себуме сквалена примерно 12—15%. Это довольно-таки дофига для вещества, которое обычно разбирают на дальнейший синтез сразу после его появления. В сальных железах ферменты, перерабатывающие этот углеводород, намеренно заблокированы. Что интересно, это почти чисто человеческая особенность. В коже других млекопитающих сквалена мало, но эволюция решила обмазать им именно нас.
Как не окислиться
Нам об лицо постоянно стучатся фотоны. И ладно бы ещё только всякие нормальные, из красной или зелёной части спектра, например. Нет, нам постоянно прилетает от UV-A/UV-B ультрафиолета, который несёт достаточно энергии, чтобы ионизировать молекулы и запускать химические реакции. Так, если UV-фотон прилетает точно в молекулу кислорода, то есть немалый шанс того, что он накачает её энергией, достаточной для превращения в его особенно злую форму — синглетный кислород. В таком виде это активная атомарная форма, готовая окислить всё на своём пути. Именно тут и отрабатывает сквален. Это довольно типичный механизм жертвенного антиоксиданта, который принимает на себя удар окислителя, защищая более ценные и нежные молекулы клеточных мембран от каскадного перекисного окисления липидов. У него получилась довольно неплохая эффективность: если верить классическому исследованию, примерно на уровне BHT (это промышленный антиоксидант, который суют в продукты, чтобы не прогоркали, а ещё периодически используют в косметике). Благодаря своим легкодоступным двойным связям он статистически чаще вступает в реакции окисления, прикрывая собой остальных. В целом с эволюционной точки зрения всё звучит неплохо — потеряли шерсть, но получили дополнительную защиту кожи от палящего солнца саванны. Возможно, что это был один из компенсаторных бонусов для облысевших приматов.
Проблема в том, что он хорош как антиоксидант ровно потому, что ненасыщенный. Те же двойные связи, которыми он ловит синглетный кислород, делают его лёгкой добычей для окисления вообще. И когда он окисляется не по делу, а просто от избытка УФ, озона, сигаретного дыма или косого взгляда бабушки из третьего подъезда, получаются пероксиды сквалена. И вот они вообще ни разу не молодцы. Сам сквален, в отличие от своих пероксидов, не комедогенен. Это показали ещё в 1983 году на кроличьих ушах: со скваленом всё хорошо, а вот с его пероксидами — куча комедонов. Кроме этого, за счёт пероксидных групп он ещё и стимулирует воспаление через циклооксигеназы и интерлейкины. У людей с акне в себуме закономерно больше и сквалена, и его пероксидов, и чем сильнее окисление — тем крупнее комедоны. То есть проблема не в сквалене. Проблема в том, что антиоксидант, окислившись, становится провокатором.
Исследователи пошли дальше и решили проверить, что будет, если группу людей запереть в бочке из нержавейки и накачать туда немного озона. Получилось забавно. Сначала озон немедленно начал убиваться об молекулы сквалена, генерируя плохо произносимое в полном названии летучее вещество 6-MHO. Затем уже это вещество под влиянием новых порций озона окислялось и трансформировалось в ещё более агрессивные OH-радикалы. Короче, исследователи пришли к выводу, что если дуть на человека озоном, то он начнёт испарять вокруг себя ещё более агрессивную гадость. Постарайтесь этого избегать.
Делаем маргарин
Чтобы убрать у сквалена эту способность к созданию агрессивных продуктов, надо избавиться от двойных связей. Берём водород, катализатор, давление, температуру и присоединяем водород по всем шести связям. Молекула насыщается до конца и превращается в сквалАн. В химической номенклатуре «-ан» как раз обозначает полное насыщение и отсутствие двойных и тройных связей.
Если процесс кажется знакомым, то да, он и есть знакомый. Это ровно то гидрирование, которым из жидкого растительного масла делают твёрдый маргарин. Химия особо не отличается — берём ненасыщенный жир, забиваем двойные связи водородом, получаем стабильный продукт, который не прогоркает. Ещё ароматизатор «сливочный» к этому добавить, и прям так вкусно будет, что аж глотать жалко.
Но есть два момента, которые всё-таки отличают этот схожий процесс. В пищёвке часто гидрируют частично, что приводит к образованию некоторого процента трансжиров. По современным стандартам уже не более 2%, что, конечно, лучше 10—40% до введения регуляций, но тоже не идеально. Со скваланом задача обратная — его гидрируют полностью, до последней связи, а трансизомерам взяться неоткуда. Ну и сквален — это углеводород, а не жир в строгом смысле, так что сквалан — насыщенный углеводород, а не насыщенный жир, если уж включать душнилу. Но в целом концепция маргарина прям очень близка.
Взамен сквалан больше не окисляется. Значит, не прогоркает, не делает тех самых комедогенных пероксидов и не требует консервантов. Нелетучий, инертный, не липнет, хорошо впитывается, а кожа узнаёт его как родного.
Из минусов — мы своими же руками выключили его способность защищать от окислителей. Синглетный кислород тушили именно двойные связи, которые мы только что убрали. В косметике это честный размен: на полке нужен не реактивный антиоксидант, который через месяц сам станет провокатором, а стабильный эмолент.
Акулы и оливки против амаранта
Вернёмся к акулам — точнее, к тому, почему мы перестали их потрошить.
Сквален добывали из акульей печени, потому что там его реально много: у глубоководных видов печень доходит до четверти массы тела и залита маслом, в котором сквалена бывает за 80%. Проблема в масштабе. На тонну сквалена уйдёт примерно 3000 акул, а суммарно для покрытия потребностей индустрии потребовалось бы отлавливать 3—6 миллионов особей ежегодно. Глубоководные виды растут медленно и размножаются вяло, так как на глубине ресурсов не то чтобы избыток.
Плюс акулья печень копит всякую дрянь: ПХБ, диоксины, тяжёлые металлы. Так себе сырьё для того, что вы намажете на лицо. В результате ушли в растения. Эталоном растительного сквалена считают оливковое масло — около 564 мг на 100 г. Достойно. Но в масле из амаранта, который тот самый не очень вкусный псевдозлак из модной муки, сквалена около 5942 мг на 100 г — почти в десять раз больше. Всё круто. Но используют всё равно оливки. Амарант ещё выращивать надо в товарных количествах, а у него вкус такой, будто тебя никто не любит. Ещё и масла в зерне немного. Оливки же формально в 10 раз хуже по этому показателю, зато из них получаются килотонны отходов после рафинирования. Это когда вы хотите жарить на более правильном оливковом масле, но не хотите, чтобы яичница им пронзительно пахла. Раньше отходы от рафинирования тупо выкидывали, а сейчас сделали источником для коммерческого производства. В итоге биохимия проиграла логистике.
А потом придумали способ получать сквалан из сахарного тростника с помощью генно-модифицированных дрожжей, которые могут так же, только ещё эффективнее экономически. На вход только тростниковый сахар подавать и забирать сквалан из раствора. В самом сахарном тростнике нужного вещества не так много, но зато вырастить его в больших количествах сильно проще, чем оливковую рощу. Разницы в источниках нет никакой, кроме логистики и цены. Ну ещё и этичности. Работает одинаково. К нам на производство приходит как раз тот, который из сахара.
Где он ещё засветился
Вот ещё несколько моментов, которые напрямую с кожей не связаны, но зацепили интересными исследованиями.
Сквален — двойной агент в онкологии. В клетках анапластической крупноклеточной лимфомы ломается фермент, который должен тащить сквален дальше по конвейеру. Сквален копится — и неожиданно начинает воевать не в ту сторону, работая антиоксидантом и прикрывая раковую клетку от особого вида клеточного kill-switch — ферроптоза. А при раке поджелудочной всё наоборот: там тот же фермент пашет сверхурочно, сквален выедается под ноль, что снимает тормоз с воспалительного сигнала, помогая опухоли прятаться от иммунитета. При возврате сквалена иммунные клетки снова находят опухоль.
Сквален регулирует сам себя. Долгое время учёные считали, что биосинтез холестерина контролируется преимущественно ГМГ-КоА-редуктазой — основным лимитирующим ферментом и главной мишенью статинов. Однако исследование, опубликованное в PNAS в 2020 году, показало, что фермент следующего этапа — скваленмонооксигеназа (SM) — также выступает важнейшим регулятором, реагируя на концентрацию собственного субстрата. При накоплении сквален связывается с ферментом, который его же и утилизирует, защищая его от деградации. Получается красивая петля прямой регуляции.
Адъювант в вакцинах. Эмульсия сквалена в воде — это адъювант MF59, то есть усилитель иммунного ответа в противогриппозных вакцинах. Это первый неалюминиевый адъювант для людей. Он не создаёт депо, а на пару дней усиливает иммунный ответ в области инъекции, стимулируя иммунный ответ.
И любимое. Сквалена на коже столько, что он стал головной болью астрохимиков. Когда изучают органику в метеоритах, любое касание пальцем оставляет кожный жир, и в анализе вылезает мощный пик сквалена, который притворяется внеземной органикой. Поэтому свежие метеориты и грунт с астероидов теперь трогают только тефлоновыми инструментами в перчаточных боксах. Человеческое сало пришлось вынести за скобки космохимии.
Вместо выводов
Мы делаем косметику уже больше 10 лет. Сквалан в качестве компонента любим и используем во многих продуктах вроде очищающих и защитных кремов. Акул для этого не трогали — дрожжи справляются лучше по всем параметрам. А эмолент из него отличный и без побочных эффектов от его естественного предшественника.