По сложившейся традиции осенью ученые Сибирского отделения РАН встретились с журналистами, чтобы рассказать о нобелевских премиях этого года.
Клеточное «самоедство» продлевает жизнь
Заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН доктор биологических наук Дмитрий Жарков прокомментировал присуждение премии по медицине Есинори Осуми из Токийского технологического института за исследование механизма аутофагии — процесса деградации и переработки внутриклеточного мусора. Подробнее об этом мы уже рассказывали ранее.
Сам этот процесс был открыт учеными еще в 1950-е годы, но тогда его изучение было затруднено из-за отсутствия соответствующей приборной базы (явление можно наблюдать только с помощью электронной микроскопии) и кратковременности существования самой аутофагосомы. Ситуацию удалось изменить как раз японскому ученому, который провел ряд блестящих экспериментов с пекарскими дрожжами и выявил ответственные за аутофагию гены.
– Весьма показателен факт, – подчеркнул Дмитрий Жарков, – что в Технологическом университете тридцать лет работает человек, который изучает генетику дрожжей, причем его исследования не имеют очевидной прикладной направленности. Но в итоге он получает Нобелевскую премию.
Еще один интересный штрих – первые статьи про это открытие (как и про многие другие, впоследствии отмеченные Нобелевской премией) были опубликованы не в ведущих научных изданиях (таких как Science или Nature), а в журнал со средним импакт-фактором. А ведь именно прикладной характер и импакт-фактор публикаций для наших чиновников от науки – сегодня чуть ли не определяющие факторы для поддержки того или иного исследовательского проекта.
Но вернемся к нобелевской премии. Несмотря на то, что изначально работа Осуми лежала в области фундаментальной науки, почти сразу стало ясно, что ее результаты имеют и широкие перспективы практического применения. Например, для продления жизни, рассказал новосибирский ученый:
Довольно давно на микроскопических червячках было открыто такое явление как продление жизни, вызванное голоданием. Если червяка кормить мало, он живет в два-три раза больше. То же самое выявили и на других организмах — вплоть до мышей. С высшими млекопитающими сложнее, так как эксперимент будет длиться очень долго, но суть эффекта сохраняется.
А как же с людьми? Конечно, ученые не предлагают морить человека голодом, поскольку назвать это полноценной жизнью можно едва ли. Но биологи еще в конце прошлого века научились получать фермент, посредством которого можно управлять аутофагией. Делая процесс более интенсивным, можно добиться того, что клетка будет жить дольше (а значит, и организм в целом). Таков примерный сценарий одного из способов химического продления жизни.
Еще одно направление, где могут быть востребованы результаты работы японского ученого, – лечение нейродегенеративных заболеваний. Для очень многих из них характерны накопления агрегатов белков внутри клеток. В процессе «самоедства» часть цитоплазмы с этими агрегатами перерабатывается, тем самым оздоровляя нервные или мышечные клетки.
Фазовые переходы второго рода
Эстафету у Дмитрия Жаркова принял зав. лабораторией Института физики полупроводников СО РАН, академик Александр Чаплик, рассказавший о нобелевской премии по физике.
– Бывало, что учёным вручали Нобелевскую премию за открытие явления, которое к этому времени уже носило их имя. А Дэвид Таулес, Дункан Холдейн и Майкл Костерлитц получили её за открытие сотрудника Института теоретической физики РАН Владимира Львовича Березинского, работы которого, выполненные в 60-70-х годах, послужили началом этих исследований, — рассказал он
Подробнее об этом можно прочитать здесь. «Русский след» есть не только в этом открытии, но и в целом в современной топологии. Развитие этой области физики привело к созданию и изучению новых классов веществ — популярных сегодня топологических изоляторов.
Как и в случае Есинори Осуми, главная заслуга нынешних нобелевских лауреатов не в самом открытии, а в его исследовании. Они сумели решить ряд важных задач, разработали методы, которые привнесли в физику новые идеи.
Объектом изучения стали двухмерные системы, в которых есть только длина и ширина, а толщины почти нет (например, тонкие плёнки, которые сегодня широко применяются в высокотехнологичном производстве). Некоторое время назад экспериментально было доказано, что в определенных условиях они могут обладать такими качествами, как сверхтекучесть или сверхпроводимость. Однако, как и почему такое происходит, учёные ответить не могли. Первые работы Березинского пролили свет на указанные явления. А завершили работу нобелевские лауреаты, им удалось объяснить, какими механизмами регулируется переход от упорядоченной фазы к неупорядоченной в двумерной системе, и описать закон, по которому это происходит.
В отличие от механизмов аутофагии, ждать от уравнения, описывающего фазовые переходы второго порядка, прикладных результатов в ближайшие годы не приходится. Но в перспективе управление свойствами тонких пленок может быть востребовано при производстве магнетиков для систем памяти и даже – при создании квантовых компьютеров. Да и сами новые методы, введенные учеными применимы далеко за пределами первоначальных задач.
Как построить молекулярную машину
А самое главное – зачем это делать, рассказал в своем выступлении, посвященном нобелевской премии по химии, зам. директора Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН по научной работе, доктор химических наук Дмитрий Владимирович Пышный.
В этом году ее обладателями стали французский ученый Жан-Пьер Соваж; британский химик, работающий в США, Фрейзер Стоддарт и нидерландский химик Бернард Феринга. Высокой международной награды ученые удостоены «за проектирование и синтез молекулярных машин».
Начало этой работе положила супрамолекулярная химия. Ученые уже в 1970-1980-х годах хотели создать такие неразрывные системы, чтобы они обладали свойствами как отдельных молекул, так и их ансамблей.
В 1983 году Соваж впервые смог искусственным путем соединить две кольцеобразные молекулы в цепь, в результате получился катенан — особый класс соединений, на основе которых и строятся все молекулярные машины. На основе его работ Стоддарт создал молекулу ротаксана. Она представляет собой муфту, перемещающуюся вдоль оси. На ее концах находятся крупные навершия и группы атомов, способных связываться с движущейся частью.
А Бернард Лукас Ферринга же на основе разработок Стоддарта создал первый в истории молекулярный мотор — соединение, которое продолжало вращаться, пока на него воздействовал источник энергии — тепло или свет. В 1999 году Феринга продемонстрировал работу первого молекулярного мотора, который вращал стеклянный цилиндр длиной 28 микрометров, превосходивший в 10 тыс. раз сам движитель. В 2014 году его группа создала мотор, вращающийся с частотой 12 МГц.
– Как функционируют подобные структуры? В отдельно взятой кольцевой молекуле есть особые части, на которых можно закрепить, скажем, атом меди. Он будет центром взаимодействия всей системы, убирая или добавляя его, мы можем влиять на текущее состояние. К примеру, у химической «мышцы» изначально две точки разведены в одном состоянии, а если добавить стимул — атом меди — они сойдутся, и наоборот, — рассказал Дмитрий Пышный.
По сути, химикам удалось синтезировать структуры, которых не существует в природе. Говорить о практическом применении таких молекулярных моторов еще рано. Как отмечают эксперты, эта ситуация напоминает 1830-е годы, когда ученые конструировали вращающиеся с помощью рычагов колеса и не подозревали о том, что это приведет к появлению электропоездов, стиральных машин, фенов и кухонных комбайнов.
И все же о некоторых областях использования открытия можно предположить и сейчас. Например, обычные лекарства от рака часто не имеют целенаправленного действия и вместе с раковыми уничтожают и здоровые клетки. Запрограммированные молекулярные машины смогут доставлять препарат прямо в опухоль, не нанося вреда здоровым частям организма. Кроме того, молекулярные моторы, скорее всего, будут использоваться для создания новых материалов, сенсоров и энергосберегающих систем.
Георгий Батухтин
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии