ТОП 10 лучших статей российской прессы за
Окт. 11, 2021

Химия: искусство синтеза молекул

Когда Шведская королевская академия наук попыталась сообщить химику из Принстона Дэвиду Макмиллану, что он получил Нобелевскую премию, он принял звонок за розыгрыш — даже успел поспорить на тысячу долларов со своим коллегой Беньямином Листом, что сообщение о присуждении Нобелевской премии было ненастоящим. Но все оказалось всерьез: высшую награду за достижения в области химии 2021 года разделили Беньямин Лист и Дэвид Макмиллан за развитие асимметрического органического катализа. Работа ученых изменила процесс производства лекарств и сделала химию экологичнее. Рассказываем, как немецкий и американский химики повлияли на искусство синтеза молекул.

Все началось с поиска катализаторов для производства лекарств.

Для биологически активных веществ важно не только то, какие атомы входят в молекулу, но и то, как они расположены, а точнее, с какой стороны прикреплены к каркасу из атомов углерода другие атомы большой органической молекулы. Молекулы разной формы, которые выглядят как зеркальное отражение друг друга, как правая и левая рука, и имеют разные свойства, называются энантиомеры. Например, «левая» молекула S-лимонен пахнет лимоном, а его зеркальный энантиомер «правый» R-лимонен пахнет апельсином.

В некоторых случаях нужную врачам работу будет делать только «правая» молекула, в других — «левая». Это особенно важно в фармакологии: там, где больному поможет S-форма, R-форма окажется совершенно бесполезной, и получается, что полтаблетки действует, полтаблетки — нет. Еще хуже, если одна из «зеркальных» изоформ окажется вредной. Так, например, случилось с талидомидом: «правый» R-талидомид — это седативное средство, которое было разрешено в 19571962 годах к применению у беременных, но его «левая» S-форма вызывала дефекты развития плода. После талидомидного скандала и еще пары не таких громких историй все лекарственные препараты должны были стать энантиомерно чистыми, то есть содержать только одну «рабочую» изоформу. Так появилась необходимость создания специфичной методики катализа, при которой продукты реакции были бы нужными энантиомерами: «правыми» или «левыми».

В поисках специфичных катализаторов для создания право- или левоориентированных лекарств ученые в первую очередь обратились за помощью к металлам, которые содержат много электронов и зачастую охотно ими делятся. Электроны, в свою очередь, позволяют разорвать одну химическую связь и дать начало другим, то есть облегчают процесс перестройки молекул. Но беда в том, что реакции на катализаторах с атомами металлов неспецифичны: сложно контролировать, что получится на выходе. Атомы металлов слишком малы и симметричны, чтобы развернуть молекулу нужной стороной.

В 2001 году Рёдзи Ноёри, Барри Шарплесс и Уильям Ноулз за исследования в области асимметричного металлокатализа получили Нобелевскую премию по химии. Однако их методика требовала использования тяжелых металлов. Это было серьезным недостатком: при изготовлении лекарств любые следы металлов должны быть удалены: кто-нибудь хочет таблеток с палладием? Очистка при этом — муторный и дорогостоящий процесс. Кроме того, использование тяжелых металлов в промышленности, очевидно, не слишком полезно для экологии.

Вклад Листа и Макмиллана заключается в том, что они придумали, как заменить металлические «грязные» катализаторы на органические молекулы, сделав синтез более специфичным и чистым.

За пару лет до того, как Ноулз, Ноёри и Шарплесс получили приглашение на церемонию вручения Нобелевской премии, Беньямин Лист плотно взялся за ферменты. Эти природные катализаторы, ответственные за все жизненные процессы, работают очень специфично: ускоряют строго определенную реакцию с получением строго определенной изоформы продукта. Обычно фермент — это огромная молекула, состоящая из сотен аминокислот (звеньев цепочки белка). Однако для ферментативной реакции достаточно нескольких отдельных аминокислот фермента, находящихся в его активном центре. Часто в активном центре находятся и металлы. Лист заметил, что некоторые активные центры обходятся без металлов: реакции запускаются одной или несколькими отдельными аминокислотами. Свои наблюдения ученый начал с фермента альдолазы, в активном центре которого находится L-пролин. Лист решил выделить из большой молекулы фермента пролин и попробовать сделать его катализатором самим по себе. Господину Листу это удалось: одной аминокислоты L-пролина было достаточно, чтобы катализировать реакцию, а огромная молекула фермента и сложная геометрия активного центра оказались нужны для эффективности и стабильности процесса, но сама реакция идет и без них. Пролин ускорял течение реакции, и при этом в продукте реакции преобладала молекула определенного пространственного строения: L-пролин как бы «отпечатывал» свою изоформу на продукте реакции. И это потрясающая по гениальной простоте идея — подсмотреть, как работает фермент в живом организме, но использовать не всю большую белковую машину, а ее часть — молекулу активного центра.

В то же время в Калифорнии Дэвид Макмиллан работал над небольшими органическими молекулами, в которых атом металла был заменен на атом азота, способный образовывать ион иминия (катионы со связью между азотом и углеродом), и этот процесс, как и металлы, щедр на электроны. В ходе каталитической реакции Макмиллана так же, как у Листа, образовывался промежуточный комплекс с энантиомерно чистым катализатором, и благодаря этому можно было получить чистый, повернутый правильной стороной продукт. Это был главный прорыв и принцип работ Листа и Макмиллана: простая органическая молекула может передавать свою «зеркальность» по наследству продуктам реакции, которую катализирует. То есть надо было догадаться искать органическую молекулу, которая имеет зеркальность и при этом отдает электрон так же ловко, как металл.

На вопрос «откуда взялась гениальная идея?» Дэвид Макмиллан отвечает: «Я не знаю. Я понимаю, это ужасный ответ. Я думаю, что у всех ученых возникают дурацкие идеи, и некоторые из них работают. Кажется очевидным сказать, что нам повезло».

Чертовски повезло, конечно, не только Дэвиду Макмиллану, но и всей синтетической химии.

До открытий Листа и Макмиллана среди химиков бытовало мнение, что катализатор, синтезирующий молекулы определенной направленности, должен быть либо сложным ферментом, либо содержать металл. Поэтому работы Нобелевских лауреатов стали концептуальным сдвигом.

«Представьте, что вы играете в шахматы и добавляете новую игровую фигуру на поле, она привносит новые правила, вы можете играть иначе, — говорит Петер Сомфаи, член Нобелевского комитета. — Когда речь идет об органической химии — появление асимметричного органокатализа — это новая фигура шахматной доски».

На появление «новой фигуры шахматной доски» ушло более полувека: от исследований асимметричного катализа на переходных металлах 1960-х Ноёри, Шарплесса и Ноулза через их Нобелевскую премию 2001 года и одновременную публикацию работ асимметричного органокатализа Листа и Макмиллана в 2000-м к Нобелевской премии по химии 2021 года.

«Мы пытаемся изобрести химию, которая окажет влияние на общество и принесет пользу. У всех ученых на этом пути так много идей, — сказал Макмиллан в интервью Принстону. — Гораздо больше идей терпят неудачу, чем преуспевают. Но эта идея взлетела»

Открытие ассиметричных катализаторов спровоцировало настоящую «золотую лихорадку». Производство химикатов, материалов и лекарств стало дешевле, эффективнее и экологичнее. Скажем, если в качестве органокатализатора выступает простое соединение пролин — его использование крайне дешево. В производстве лекарств органокатализ также экономит средства на очистке конечного продукта — если металлов изначально нет, то и чистить продукт (и экологию) не от чего.

Эксперты Нобелевского комитета приводят наглядный пример: в 1952 году впервые искусственно синтезировали тонизирующий нервную систему стрихнин, его производство проходило в 29 стадий, а полученное вещество составляло лишь 0,0009% от исходных соединений. Десять лет спустя открытия органокатализа, в 2011 стрихнин синтезировали всего за 12 стадий, а эффективность синтеза выросла в 7000 раз. С помощью огранокатализа синтезируют антидепрессант пароксетин и антивирусное лекарство ольсетамивир. Но точно оценить, насколько широко сейчас применяется асимметричный органокатализ, довольно сложно: компании пекутся о своих ноу-хау, и если на выходе получилось то же вещество, то они не станут сообщать, что с помощью органокатализа его стало получать настолько-то легче и дешевле.

Органокатализ разрастается в целую область химии: одиночные реакции асимметричного органокатализа эволюционировали в многокомпонентные реакции, реакции «домино» и тандемные реакции двух катализаторов. В последнее время набирает обороты органомультикатализ, когда в одном котелке смешивается комбинация катализаторов, что позволяет быстрее проводить последовательные реакции.

Кроме того, ученые пытаются решить ряд проблем органокатализа. По сравнению с металлами органокатализатора приходится всыпать довольно много — до нескольких процентов от исходных соединений. Выход из положения — сделать так, чтобы органокатализаторы использовались многократно, например закрепить их на подложке. В России проблемой возобновляемости органокатализаторов занимались в лаборатории Сергея Злотина в Институте органической химии. В частности, разработали новый катализатор, обладающий гораздо лучшей способностью к вторичной переработке.

Очень может быть, что лауреат этого года работает над новым кандидатом на очередную премию за катализ. Дэвид Макмиллан сейчас развивает область фотокатализа. В центре его исследований в течение последних пятнадцати лет — свет. Обычный, видимый свет он использует для разрыва и воссоединения связей в молекулах, по одному электрону за раз.

Биология: как перестать чувствовать

Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили в этом году два американских ученых, Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян. Они разгадали последнюю загадку о том, как мы воспринимаем мир. В глазах есть палочки и колбочки, в ушах — рецепторы волосковых клеток, а на коже и по всему организму рассеяны открытые лауреатами этого года рецепторы температуры и прикосновения.

Выбор Нобелевского комитета в этом году нельзя назвать удивительным: изучение нервной системы и мозга — одно из самых важных направлений современной науки. Тринадцать из 112 врученных премий по физиологии и медицине были даны за исследования, связанные со структурой нервной системы, способов передачи сигнала между нервными клетками и механизмов, с помощью которых эти клетки воспринимают сигналы из внешней среды. Отдельной награды в 1967 году удостоились ученые, описавшие, как нервные клетки воспринимают свет и цвет и передают в мозг зрительный сигнал. Сейчас дошла очередь до ученых, которые разобрались в другой части нашего сенсорного восприятия — температурного и тактильного.

Результаты Патапутяна и Джулиуса опираются на более чем столетнюю работу по изучению нервной системы, методы исследования клеток, генов и белков. Одних Нобелевских премий, врученных за исследования, напрямую связанные с их работой, можно назвать несколько десятков.

Открытые нобелиатами рецепторы, которые воспринимают тепло и холод, представляют собой ионные каналы — молекулярные «клапаны» в клеточной мембране, которые открываются при контакте с подходящей молекулой и впускают или выпускают из клетки ионы, запуская дальнейшие каскады реакций; за открытие ионных каналов Нобелевку дали в 1963 году. Метод исследования этих каналов с помощью микроскопических стеклянных электродов дал еще один Нобель по физиологии — 1991 года. А структуру рецепторов Патапутян и Джулиус расшифровали с помощью криоэлектронной микроскопии, премию за разработку которой вручили в 2017 году.

«Холод — это отсутствие, отсутствие тепла, но он ощущается как присутствие» — с этой изящной цитаты из Апдайка Ардем Патапутян начинает популярные лекции о своих исследованиях. Действительно, с точки зрения физики теплота — это энергия, а холод — ее отсутствие, но бытовая интуиция подсказывает нам иначе. Патапутян и его сотрудники нашли виновников этого заблуждения — холодовые рецепторы на поверхности нервных клеток, которые срабатывают, когда их касается что-то прохладное.

В лаборатории Патапутяна выращенные in vitro клетки охлаждали, чтобы измерить изменение электрического потенциала в районе рецептора. Но чаще на них действовали веществами, которые открывают ионный канал так же, как это делает холод. Рецепторов холода оказалось два; срабатывание одного ощущается как легкая прохлада, другого — как жгучий холод. Первый открывается молекулой ментола, второй — другими веществами, в частности метилсалицилатом — растительным маслом, которое входит в состав средств для ополаскивания рта. «Вы чувствуете жжение и думаете, что убиваете бактерий в полости рта, — шутит Патапутян, — но на самом деле вы просто действуете метилсалицилатом на рецепторы TRPA1». Такое же действие на рецептор оказывают активные компоненты васаби, горчицы и чеснока; так что жжение при употреблении этих продуктов на самом деле химическая имитация холодового ожога.

А вот горячий ожог замечательно имитирует молекула капсаицина — вещества, входящего состав жгучего перца. Джулиус рассказывает СМИ, как укрепился в желании заниматься поисками температурного рецептора в супермаркете, в отделе специй, проходя мимо бесконечных банок с острыми соусами. Связь между капсаицином и восприятием высоких температур тогда была уже известна. В работе Джулиус использовал чистый капсаицин от поставщика реагентов, но в самом начале пути купил ассорти перцев и, немного повозившись с ними, подтвердил точность созданной сто лет назад шкалы жгучести Сковилла: чем больше в перце капсаицина, тем он острее на вкус.

Для изучения рецепторов давления вещества-имитаторы не понадобились: докторант Патапутяна Бертран Кост просто тыкал клетки крошечной пипеточкой (впрочем, по сравнению с клеткой ее микроскопический острый кончик все равно выглядит как ковш экскаватора рядом с человеком). Одновременно Кост измерял электрический потенциал на мембране клетки: резкий скачок означал срабатывание Того Самого Рецептора.

«Выключая» один за другим гены, Кост продолжал тыкать палочкой, пока однажды выключение гена не привело к потере чувствительности. Тогда Кост (по словам Патапутяна, человек очень простой и сдержанный), пришел к нему в кабинет и сказал: «Нашел». Классическая эврика: за этим объявлением последовало несколько минут радостных криков и прыжков на месте. Новый рецептор Кост назвал Piezo, от греческого «давление» (затем нашелся второй — Piezo 2).

Самый популярный вопрос ученому: «Каковы практические применения вашей работы?» Многие академики находят его глупым и неприличным, но не нобелевские лауреаты этого года. Джулиус с Патапутяном раз за разом спокойно рассказывают, какую роль их открытие может сыграть в поиске лекарств и терапии боли как таковой. Патапутян уже давно работает над практическими применениями: одно из самых перспективных направлений — поиск веществ, которые блокируют механорецепторы второго типа. Эксперименты (на людях — что само по себе большая удача) показали, что, когда работа Piezo 2 нарушена, кожа слабее чувствует прикосновения к обожженным участкам.

Это может оказаться очень хорошей новостью для людей, страдающих от одной из разновидностей невропатической боли — тактильной аллодинии. Вспомните, как вы обгорали на солнце — и малейшее прикосновение, даже легкая ткань на коже вызывали острую боль. Люди с тактильной аллодинией испытывают эти ощущения постоянно и без видимых причин. Обычными анальгетиками такая боль не лечится, жить с этой болезнью неимоверно трудно, и затрагивает это немалую часть населения: в среднем невропатиями страдает около 7% человечества, а среди людей, проходящих химиотерапию или страдающих диабетом, доля достигает 30%.

У Джулиуса с трансляцией от фундаментальной науки в медицину все несколько сложнее: блокируя температурные рецепторы, мы напрочь лишаем человека способности чувствовать горячее. Это может быть опасно: без температурных рецепторов можно запросто положить руку на горячую плиту или обжечь рот чаем. Поэтому поиски направлены скорее на вещества, которые только частично снижают чувствительность капсаициновых рецепторов.

Джулиус и Патапутян единодушно причисляют свои работы к так называемым исследованиям, движимым любопытством (curiosity-driven research). Все возможные практические результаты — новые анальгетики, терапия хронической и нейропатической боли — это только побочный продукт. «В первую очередь мы пытаемся объяснить, как мы взаимодействуем с миром, получаем от него сигналы; это чисто фундаментальные вопросы — другое дело, что из них часто вырастают замечательные практические вещи», — говорит Джулиус.

В интервью сразу после объявления о присуждении премии он перечислил известные случаи, когда из «исследований на почве чистого любопытства» вырастали такие практические вещи. Это, конечно, технология редактирования генома CRISPR/Cas9, за которую дали премию в прошлом году; ее не было бы, если бы биологи не потратили десятки лет на совершенно непрактичное изучение иммунитета бактерий.

Другой пример — ингибиторы протеаз, мощные антиретровирусные препараты, которыми лечат ВИЧ и вирусный гепатит. Их открытие совершенно непредсказуемым образом вытекло из фундаментальных исследований ферментов у разных организмов. Таких примеров более чем достаточно: разработке вакцины от вируса папилломы человека, некоторых видов рака предшествовали фундаментальные исследования, о результатах которых сложно было судить заранее.

Все вышеперечисленное — прямой результат так называемых трансляционных исследований. Они наводят мосты между фундаментальными исследованиями «из любопытства» и разработкой полезных для народного хозяйства вещей, между которыми, по выражению журнала Nature, лежит «долина смерти». Трансляционные исследования уточняют конкретные цифры, показывают, как лучше проводить те или иные этапы подготовки, выводят модельные организмы — например, мышей с нужной болезнью и тому подобное. Не все люди от фундаментальной науки занимаются трансляцией, но нобелиаты этого года как раз из таких.

Коллеги Патапутяна уже «выключали» гены, ответственные за Piezo, у мышей — и те теряли чувствительность к прикосновениям. Впрочем, гораздо эффектнее выглядели эксперименты другой американской команды, которая нашла людей, родившихся с нарушениями работы генов Piezo-рецепторов. Жизнь такие нарушения усложняют сильно: без механорецепторов люди теряют не только чувствительность к прикосновениям, но и способность определять, где находятся части их тела. С закрытыми глазами такой человек не может сделать и двух шагов, пройти тест «пьяного водителя» или коснуться кончика носа; в темноте или с повязкой на глаза они беспомощны буквально как младенцы.

Патапутян уже много лет твердит, что изучение механорецепторов может пролить свет на многие синдромы, которые до сих пор остаются без лечения из-за ошибочной диагностики. Нарушения, которые создают трудности с координацией, разные виды хромоты, общая неуклюжесть — все это, как правило, относят на счет мышечной дисфункции или неполадок в моторных нейронах. Но дело может быть в нарушении восприятия давления. Это можно подтвердить генетическим анализом; если он укажет на проблемы с рецепторами, пациента перестанут лечить от несуществующих мышечных проблем и предложат более подходящую терапию.

Пока в аптеке не найти лекарства, мишенью которого были бы температурные или механорецепторы, — но сами ученые уверены, что они обязательно появятся, притом не только анальгетики. Рецепторы давления, например, могут подсказать путь к разработке лекарств от болезней сердца и сосудов — они тоже чувствуют растяжение; пищевых расстройств — механорецепторы играют важную роль в формировании чувства голода; и лечении воспалительных заболеваний.

Существует расхожее и даже основанное на небольших аналитических работах мнение, что среднее время от открытия до практики составляет 17 лет. С первой публикации Джулиуса о капсаициновом рецепторе прошло уже 24 года. Открытие Патапутяна моложе — ему всего 12.

Нобелевские премии этого года указывают на существование двух инновационных периодов, примерно полувекового и примерно двадцатилетнего — от открытия до практического применения и признания. В конце 1960-х были сделаны фундаментальные открытия, а плюс-минус на рубеже 2000-го — существенная часть работ, получивших Нобелевские премии в этом году. Хорошие лаборатории, занимающиеся темами Нобелевки этого года, есть и в России. Но масштаб продуктивной части науки, ее скорость и ориентированность на практику пока у нас не очень велики.

Почему Нобелевку по физике дали климатологам

На вопросы «Эксперта» ответил климатолог Александр Чернокульский, старший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН.

— Что это за научное направление — моделирование климата?

— Физико-математическая модель климата — это, ясное дело, не макет, который можно пощупать, а цифровая модель. Цифровой двойник климата, в котором все законы термодинамики в атмосфере, гидросфере, криосфере и литосфере описаны в виде уравнений. Эти уравнения имеют разные решения в зависимости от временных интервалов, на которых они будут решаться. Они позволяют нам рассчитать, например, объем и местоположение того или иного объема воздуха через определенное время. Такие модели запускаются и решаются на суперкомпьютерах. В основах модели климата лежат прогнозы погоды, но учитываются и другие факторы — движение ледников, динамика растительности и тому подобное.

— За что получили премию Манабе и Хассельман?

— Климатические модели существуют довольно давно. Сюкуро Манабе был учеником Джозефа Смагоринского. В 1968 году они сделали модель, в которой связали в единую систему уравнений парниковый эффект, радиационные потоки и конвекцию. Разные идеи приходили от разных людей — Манабе был одним из них, но не единственным. Например, Михаил Будыко или Гурий Марчук сделали не меньше для развития физико-математического моделирования климата. Манабе стоял у истоков климатической модели американской Лаборатории геофизической гидродинамики.

А Клаус Хассельман основал первый в Германии суперкомпьютерный центр по климатическому моделированию. Он занимался оценкой конкретных климатических и погодных событий и участвовал в разработке климатической модели Института Макса Планка. Кстати, он первым использовал словосочетание «климатический кризис», которое в научных кругах пришло на смену понятию «глобальное потепление».

Можно сказать, что эта премия носит накопительный характер: эти модели совершенствовались и видоизменялись много лет большой группой ученых и наконец получили международное признание.

— Как порядок и хаос взаимодействуют в климатологии?

— В климатологии хаос — это погода, а порядок — это климат. Тот же Хассельман довольно много работ посвятил отделению хаотичной погоды от упорядоченного климата. Но не только он, можно вспомнить и Лоренца с его «эффектом бабочки». Глобальный климат — это вещь условно-стабильная, а региональный климат тоже иногда подвержен «эффекту бабочки», когда небольшое изменение в неравновесной системе может привести к огромным последствиям.

Прогнозы погоды верны на одну-две недели, после этого начальные условия расчетов перестают быть актуальными. А глобальные климатические прогнозы начинаются с десяти лет, на таком отрезке общий хаос можно усреднить и заметить сигнал, связанный с тем, что меняются внешние факторы, определяющие климат.

Но на горизонте от сезона до десяти лет — серая, малопрогнозируемая зона. А ведь именно на таких отрезках принимаются важные экономические и политические решения, связанные с климатом. Перспективное направление современной климатологии — повысить предсказуемость климата на таких отрезках, научиться четко отличать хаос от климатических сигналов.

В России этим активно занимается группа в Институте прикладной физики РАН, которую возглавляет Александр Фейгин. В свое время у них был мегагрант на исследование нелинейной динамики климата, изучение взаимосвязей между хаосом и упорядоченным. Сейчас в нашем институте получен мегагрант на повышение предсказуемости климата на таких малых масштабах — от сезона до десятилетия.

— Если климат меняется — это движение от порядка к хаосу?

— Нет, это скорее движение от одного порядка к другому, по причине изменения внешних факторов, таких как циркуляция глубинного океана, вулканическая активность, солнечная радиация ну или, наконец, деятельность человека.

— Антропогенное влияние на климат ведет к нарастанию хаоса или его можно рассматривать как новый элемент порядка, часть естественной саморегуляции биосферы?

— Если с философской точки зрения рассматривать человека как элемент биосферы, безусловно, мы часть саморегуляции. Люди освободили те запасы углерода, которые накопились за миллионы лет в литосфере. Ведь 35 миллионов лет назад и температура, и содержание СО2 в атмосфере были намного выше. Древние деревья постепенно умирали и уходили в почву в виде углеродных захоронений. Возвращая этот углерод в атмосферу, человечество переводит планету в состояние, которое было миллионы лет назад. С этой точки зрения нынешнее потепление — это часть цикла, которая предотвращает возможное оледенение в будущем.

Но это добавляет неопределенности для нас. Такой высокой глобальной температуры еще не было на Земле во времена существования человеческой цивилизации. Процесс перехода в новые климатические условия довольно болезненный для многих стран и народов. Если вы построили город на мерзлоте и научились в нем жить, таяние мерзлоты заставит вас резко изменить привычки.

— Не покажется ли решение Нобелевского комитета политически ангажированным в рамках общемировой экологической повестки?

— Климатология вообще вызывает у многих скепсис. В 2007 году многие говорили, что Нобелевская премия мира получена климатологами незаслуженно. Но время идет, а проблема становится все более актуальной. Есть целые лобби, которые отрицают глобальную климатическую угрозу. Часто недоверие к климатологии возникает из-за такой банальной причины, как ошибочные прогнозы погоды. Все это говорит лишь о неграмотности тех, кто выступает против привлечения внимания к климатическому прогнозированию. Со стороны научного сообщества вручение премии — это еще одно подтверждение признания результатов многолетних серьезных работ. Нобелевские лауреаты создали базу всех современных климатических моделей — очень важно, что это было по достоинству оценено.

Высокий уровень доверия к исследованиям лауреатов позволяет другим ученым делать климатические прогнозы на двадцать первый век, на основе которых государства и компании будут принимать важные стратегические решения.

Зачем химикам катализаторы

Молекулы с заданными свойствами создаются химическим синтезом, то есть серией последовательных реакций. Химики могут создавать новые молекулы, соединяя небольшие строительные блоки, но управлять веществами, чтобы они связывались желаемым образом, довольно сложно

Одни из способов властвовать над молекулами — катализ. В 1835 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус предложил его концепцию: скорость химической реакции увеличивается за счет добавления вещества — катализатора, — которое само по себе не расходуется в процессе. Ученые всего мира бросились на поиски катализаторов. В результате им удалось выделить две большие группы катализаторов — металлы и ферменты.

Катализаторы повсюду: треть промышленной химии делается при помощи катализаторов, они участвуют в переработке тяжелых фракций нефти, дожигают выхлопные газы в двигателях внутреннего сгорания, большинство лекарств тоже делается с помощью катализаторов.

Цель — страдание

Дэвид Джулиус занимается не только капсаицином и рецепторами горячего. Родись он тысячу лет назад, он стал бы травником или колдуном — так глубоко его восхищение биологически активными веществами, которые выделяют растения и животные. В его лаборатории частенько бывают разные ядовитые твари: даже на фотографии в Википедии он держит в руках змею.

Джулиуса интересуют змеиные, скорпионьи, паучьи яды, причем самые изысканные — те, что обманывают организм жертвы, заставляя его испытывать боль при отсутствии физических повреждений. Многие живые организмы эволюционировали так, чтобы защищаться от нападений, и выработали замечательные способы причинять страдания, — поэтому для изучения боли следует обращаться к природе и ее готовым формулам, много раз проговаривает он в статьях.

Собственно, с изучения боли началась и его «перечная» история: нервные клетки, чувствительные к капсаицину, — это те же клетки, которые участвуют в передаче болевого сигнала. Болью эта история и продолжается: большая часть последних публикаций Джулиуса так или иначе касается механизмов ноцицепции, передачи болевого сигнала.

13 прошлых премий за исследования нервной системы

1906 — за исследование строения нервной системы в целом, нейроны, сетчатку.

1932 — за открытия, касающиеся функции нейронов

1936 — за открытия, связанные с химической передачей нервных импульсов

1944 — за открытия, имеющие отношение к высокодифференцированным функциям отдельных нервных волокон.

1949 — за открытие функциональной организации промежуточного мозга как координатора активности внутренних органов.

1961 — за открытие физических механизмов восприятия раздражения улиткой.

1963 — за открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток.

1967 — за открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами, происходящими в глазу.

1970 — за открытия, касающиеся гуморальных передатчиков в нервных окончаниях и механизмов их хранения, выделения и инактивации.

1981 — за открытия, касающиеся принципов переработки информации в зрительной системе; за открытия, касающиеся функциональной специализации полушарий головного мозга.

1991 — за открытия, касающиеся функций одиночных ионных каналов в клетках.

2000 — за открытия, связанные с передачей сигналов в нервной системе.

2014 — за открытие нейронов, составляющих систему позиционирования в головном мозге.