Нобелевская премия по химии: почему обделили специалиста из России
Нобелевская премия по химии 2022 года присуждена Каролин Бертоцци из Стэнфордского университета (США), Мортену Мелдалу из Копенгагенского университета (Дания) и Барри Шарплессу из Исследовательского центра Скриппса (США). Официальная формулировка Нобелевского комитета "за развитие клик-химии и биортогональной химии" мало что объясняет обычному человеку. Однако за ней стоит действительно выдающийся вклад в современную науку и медицину.
Благодаря достижениям, которые сегодня отметил Нобелевский комитет, биологи, медики и фармацевты имеют возможность:
- изучать ДНК,
- создавать лекарства, которые бьют точно в цель,
- производить нужные вещества без побочных и опасных загрязнителей,
- подсматривать за биомолекулами в живой клетке,
- получать материалы, выполняющие чётко поставленные задачи,
- изучать болезни на уровне отдельных молекул.
И это лишь часть практических применений.
Термин клик-химия придумал Барри Шарплесс, который в 2001 году получил Нобелевскую премию по химии за создание другого метода ускорения химических реакций.
Клик в данном случае созвучен с щелчком, который мы слышим, когда закрываем застёжку на одежде или, к примеру, на рюкзаке. Две молекулы при этом прочно соединяются между собой.
В 2001 году Шарплесс фактически показал, что существуют методы получения химических соединений, которые позволяют надёжно соединить две нужные молекулы столь же точно и быстро с помощью "химических застёжек".
Поясним, что в химии реакции далеко не всегда идут "по плану". Часто конечное количество нужного учёным продукта мало. Соответственно, нужное химическое соединение после реакций приходится очищать от побочных продуктов. Или же молекула получается "вывернутой наизнанку": в этом случае она не будет работать как надо, например, медикам. Ещё одна проблема: молекулы соединяются между собой неохотно и медленно, что никак не подходит для промышленного производства. А порой для осуществления реакции нужно приложить немало усилий, например, нужны высокие температура и/или давление.
Шарплесс показал, что существует метод скрепления двух разных молекул, который работает быстро и эффективно, конечный продукт получается достаточно чистым от побочных и токсичных продуктов реакции. Также химикам не нужно использовать сложные условия синтеза: реакция идёт при комнатной температуре. Более того, скрепить особой "застёжкой" можно две любые нужные молекулы.
Мортен Мелдал в те же годы и независимо от Шарплесса также обнаружил и описал эту реакцию.
"Говоря бытовым языком — реакция проходит быстро, эффективно и без мусора ‒ комментирует Леонид Аснин, доцент кафедры "Химия и биотехнология" Пермского Политеха. ‒ Реакционная схема организуется таким образом, чтобы реагенты, встретившись друг с другом, прореагировали быстро и единственно возможным способом, как замок входит в застёжку: щёлк – и всё.
Создание таких методов значительно упростило и сделало экологически чистым проведение многих важных процессов в биохимии, производстве лекарств, получении поверхностно модифицированных материалов, полимеров с заданными свойствами и так далее".
Всё прекрасно, если бы не одно но: в качестве мощного ускорителя реакции в данном случае выступала медь. Однако медь — это тяжёлый металл, и она вредна для живых организмов, если попадает в них в больших количествах. Получается, провести такие реакции в условиях живого организма сложно или даже невозможно, объяснил профессор Валентин Георгиевич Ненайденко, заведующий кафедрой органической химии химического факультета МГУ.
Каролин Бертоцци фактически предложила способ обойти это ограничение и нашла способ скреплять молекулы при помощи клик-реакции, драйвером которой выступает снятие напряжения в молекуле.
Так учёные получили возможность внедрять "шпиона" внутрь нужной живой клетки. Сложный термин "биоортогональные реакции" означает, что химики теперь могли внедрить в живую клетку нужное им соединение, не мешая привычным природным процессам, происходящим внутри клетки.
Сложность состоит в том, что биомолекулы очень уж любят "общаться" и взаимодействовать (реагировать, соединяться) друг с другом. Но учёным нужен был способ воздействовать не на всё подряд в клетке, а только на определённую молекулу или какой-то процесс.
Бертоцци в 2007 году нашла способ прикрепить с помощью "застёжки" нужную молекулу к гликанам на поверхности клетки. Они затем могут попасть внутрь клетки естественным путём, проведя вместе с собой и молекулу-"шпиона".
Молекула-"шпион" позволила извне наблюдать за процессами, которые происходят с биомолекулами внутри клетки: куда они двигаются и как выходят из клетки.
Прикреплённую к гликану намертво молекулу, которая к тому же не мешает естественным процессам в клетке, можно было заставить подсветить нужные части клетки или даже отдельную биомолекулу.
Эта научная работа открыла совершенно новые возможности по наблюдению за жизнью самых разных живых клеток (от человеческих до бактериальных), по адресной доставке лекарств внутрь живой клетки, что, к примеру, приводит к меньшему количеству побочных эффектов лечения.
Так, если скрепить между собой молекулу-лекарство и молекулу, которая наводится на цель (раковую клетку), то лекарство убьёт только клетки опухоли, не затронув здоровые ткани.
Также благодаря биоортогональным реакциям фармацевтическая промышленность получила лучшие методы синтеза нужных веществ в больших количествах.
В России учёные работают в области клик-химии и биоортогональной химии примерно с 2003 года. В частности такие лаборатории есть на химическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова, Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН, Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, в ИТМО, в Пермском Политехе и других вузах страны.
Когда Нобелевский комитет в ходе пресс-коференции связался с Каролин Бертоцци, она также рассказала, что благодаря её работе учёные впоследствии открыли новые биомолекулы, о существовании которых никто не подозревал. А во время пандемии коронавируса с помощью "биозастёжек" учёные скрепляли между собой нужные прототипы лекарственных соединений.
В будущем учёные с помощью методов клик-химии и биоортогональной химии будут создавать новые реакции, смогут лучше изучать течение заболеваний, разработают много новых методов таргетной доставки лекарств.
Валентин Георгиевич Ненайденко рассказал, что клик-химией в России начали заниматься в 2003-2005 годах. Он также отметил, что сегодня клик-химией во всём мире занимаются сотни тысяч исследователей.
Что интересно, ещё в 2013 году Нобелевскую премию за разработку реакций клик-химии прочили нашему бывшему соотечественнику Фокину Валерию Валерьевичу. Он обучался в Нижнем Новгороде, а позднее переехал в США и работал в лаборатории Шарплесса, который ставил постдоку Фокину научные задачи..
К 2013 году Валерий Валерьевич был одним из самых цитируемых учёных в области клик-химии. Однако его премией обделили, а Барри Шарплесс получил уже вторую свою награду. Может ли это быть как-то связано с происхождением Фокина или же с тем фактом, что Нобелевский комитет обвиняют в недостаточной представленности среди лауреатов женщин?
Об этом мы спросили научного коммуникатора, кандидата химических наук Александру Олеговну Борисову-Сале.
"Нобелевский комитет отмечает главным образом тематику, а не людей, ‒ отмечает Борисова-Сале. ‒ Последние лет десять [в научном сообществе] говорят о том, что клик-химия должна была быть отмечена Нобелевской премией. Иногда очевидно, кого в той или иной тематике стоит наградить. Однако в последние годы наука делается огромными коллективами учёных.
На решения Нобелевского комитета влияет десять тысяч разных вещей. Мне кажется, что в данной ситуации очень важно, что один из лауреатов — женщина. И не стоит искать логическую причину, почему отметили одного, а не другого учёного".
Доктор Бертоцци — лишь восьмая женщина, удостоенная Нобелевской премии по химии.
Добавим, что в прошлом году Нобелевская премия по химии также была присуждена за важный метод получения веществ.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".