Премию по медицине и физиологии вручили трем профессорам, каждый из которых является признанным специалистом в своей области: К. Дейссеротт – биоинженер, П. Хегеманн – нейробиолог, Г. Нагель – специалист по молекулярной физиологии растений. Как указано в пресс-релизе Нобелевского комитета, они награждены за открытия, которые привели к возникновению оптогенетики – метода, позволяющего включать или отключать активность отдельных нервных клеток в живом головном мозге.
В начале 2000-х годов Хегеманн и Нагель открыли каналродопсин – светочувствительный белок одноклеточных водорослей. При его освещении синим светом этот белок открывает канал, по которому проходит электрический импульс. Если ввести в клетку этот белок, то клетка становится чувствительной к свету. Дейссеротт ввел каналродопсин в нейроны крыс и смог вызвать у них нервный сигнал путем облучения синим светом.
Метод управления нервными сигналами при помощи света называется оптогенетика. В клинической медицине пытаются использовать этот метод для восстановления нарушений зрения. Возможности применения метода пока весьма ограничены, потому что источник света с целью активизации нейронов в голову поместить безопасно не получается. Но не исключается, что в будущем он будет использоваться более широко.
Нобелевская премия по физике впервые за много лет вручена одному человеку – Ф. Хальцену, который, безусловно, заслужил эту награду. Его наградили за вклад в создание ледяной обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения.
Франсису Хальцену 82 года. Он уроженец Бельгии, по образованию физик-теоретик. Получил докторскую степень в Католическом университете Левена в 1969 году. С 1970 г. живет и работает в США. В настоящее время является профессором университета Висконсин-Мэдисон в США. В 1988 году Хальцен предложил использовать толщу антарктического льда в качестве детектора нейтринных элементарных частиц. В 2011 году благодаря его энтузиазму и государственной финансовой поддержке в Антарктиде была построена необычная ледяная обсерватория для улавливания элементарных частиц из космоса IceCube. Она представляет собой огромный километровый куб глубинного антарктического льда, расположенный на глубине более 1 км в леднике, в который погружены тысячи световых датчиков, фиксирующих вспышки, возникающие при столкновении нейтрино с атомами.
Нейтрино – это очень малые частицы, которые не имеют заряда и поэтому не взаимодействуют с объектами во Вселенной. Их почти невозможно уловить обычными методами, но в толстом слое плотного льда они все же сталкиваются с атомами воды. Нейтрино разгоняются до сверхвысоких скоростей и прилетают на Землю как из просторов нашей галактики, так и из загадочного центра Вселенной, не меняя направления и не теряя энергии. Это позволяет рассчитать траекторию их движения и предполагаемый источник происхождения.
Благодаря работам Хальцена и сотрудников удалось определить те области Вселенной, откуда к нам прилетают высокоэнергетические нейтрино. Можно предположить, что далеко за пределами нашей Солнечной системы существуют объекты, способные разгонять элементарные частицы до таких скоростей, которые не под силу самым нашим мощным ускорителям. Нет сомнений, что благодаря использованию IceCube нас ждет еще немало открытий в области астрофизики.
Нобелевская премия по химии досталась французскому профессору Г. Б. Кагану и его коллеге Кэнсо Соаи из Токийского университета. Они награждены за открытие нелинейных эффектов автокатализа в ассиметрическом органическом синтезе. Для того, чтобы объяснить суть открытия, мы должны вспомнить, что в природе существуют идентичные предметы, являющиеся зеркальными отражениями друг друга, подобно левой и правой руке. Они очень похожи, но левостороннюю перчатку невозможно надеть на правую руку. Такие объекты называют хиральными, от древнегреческого «хир», что означает рука. В течение многих лет для ученых было загадкой, почему и каким образом образуются зеркальные отражения одних и тех же молекул. Например, в живой природе все аминокислоты являются левосторонними изомерами, а сахара – правосторонними. Химический состав у хиральных объектов идентичен, но левосторонние и правосторонние изомеры по-разному воздействуют на организм. Одна форма может оказывать лечебное воздействие, а другая – оказаться бесполезной или даже вредной. Например, если вы выпьете напиток с левосторонней глюкозой, то она не будет усваиваться организмом, так как все сахара в нашем организме правосторонние. А правосторонние изомеры многих эффективных препаратов не будут оказывать никакого лечебного воздействия, потому что все белки нашего организма – левосторонние.
Это является проблемой для фармацевтического производства, потому что у полученных в лабораторных условиях веществ зеркальные изомеры образуются примерно в равном количестве. Химикам давно хотелось научиться получать оптические изомеры одного вещества по своему выбору, и оказалось, что это возможно.
Вначале были найдены катализаторы, которые могли увеличивать выработку только одного из изомеров. Левосторонние катализаторы увеличивали образование левосторонних изомеров и замедляли образование правосторонних. Продукт реакции сам по себе ускорял процесс, т.е. происходил процесс автоускорения (автокатализа). В 2001 году за «развитие каталитического ассиметрического синтеза» У. Ноулу, Ре Ноери и К.Б. Шарплессу была вручена Нобелевская премия по химии.
Кстати, по непонятным причинам нынешний лауреат А.Б. Каган, который является одним из признанных основателей ассиметрического катализа, не был включен в число лауреатов Нобелевской премии 2001 года. По этому поводу министр науки Франции даже написал официальный протест в Нобелевский комитет. По прошествии 15 лет справедливость восторжествовала, и 96-летний почетный профессор получил свою долгожданную награду.
Анри Борис Каган родился в 1930 году во Франции в еврейской семье, и ему пришлось в годы оккупации скрываться с матерью в сельской местности. Он учился в Сорбонне и защитил докторскую диссертацию в Коллеж де Франс. Ученый еще в 1970 году впервые описал и применил на практике ассиметрический синтез с использованием оптически активных катализаторов. Впоследствии он выявил, что определенным образом подобранные катализаторы обеспечивали значительное преобладание образования определенной формы изомера, и это не была линейная зависимость от количества катализатора. Он доказал, что это расхождение связано с тем, что при избытке одного из изомеров он начинал подавлять образование своего зеркального аналога.
Японский химик Соаи отличился подбором реагентов для запуска этой реакции. Он показал, что при определенных условиях преобладающий изомер не только ингибировал свое зеркальное отражение, но также оставшиеся в меньшинстве зеркальные изомеры начинали массово менять ориентацию. В итоге ему удалось получить вещество с хиральной чистотой 99,9%, т.е. состоящее только из изомеров одного направления.
Работы Кагана и Соаи востребованы и применяются в фармацевтической и пищевой промышленностях. Но, возможно, их главное значение в том, что они проливают свет на разгадку зарождения жизни на Земле, которая строго хиральна и в основном представлена левосторонними молекулами.
Ирина КИМ