Нобелевская ассамблея Каролинского института присудила Нобелевскую премию по химии ученым из Франции и Японии Анри Кагану и Кенсо Соаи за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметричном органическом синтезе. Об этом представители Нобелевского комитета объявили на церемонии, прошедшей в Стокгольме.
За что дали Нобель?
Некоторые молекулы, например аминокислоты, имеют два варианта, которые зеркально отражают друг друга. Однако в живых организмах присутствует только один из них (исключение — некоторые бактерии). Химический состав живого химики называют гомохиральным — термин происходит от греческих слов, означающих «одинаковый» и «рука». Как и человеческие ладони, аминокислоты существуют в двух зеркальных формах, но только одна из них входит в состав белков наших клеток. Второй вариант редко встречается в природе.
Химики долго искали объяснение феномену гомохиральности. В ходе экспериментов с реакциями, приводящими к образованию двух зеркальных молекул, они неизменно получали их в равных пропорциях. Однако в фармацевтике и других областях, где молекулы взаимодействуют с живыми организмами, важно получить только одно из зеркальных отражений, так как только оно обладает нужным эффектом.
Анри Каган и Кенсо Соаи получили Нобелевскую премию по химии за решение этой головоломки. Они совершили открытия, которые позволили химикам управлять химическими реакциями, приводящими к гомохиральности.
«Эти реакции позволяют нам получать те вещества, которые родственны нам, близки к нам, обладают тем же пространственным строением, что и мы, живые существа. Это делает лекарства селективнее и безопаснее. В основном это важно для лекарственных средств, в меньшей степени — для средств защиты растений, — объяснил «Газете.Ru» директор Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН, член научного комитета Национальной премии в области будущих технологий «Вызов», академик РАН Александр Терентьев. — Поскольку мы все живые организмы являемся только одним типом изомеров, то другие типы изомеров, другой тип хиральности, может быть для нас опасен. Например, современные лекарственные средства, современные антибиотики, содержат только один из оптически активных изомеров. Другой оптически активный изомер может не действовать, может быть нейтрален, а может быть даже и вреден», — отметил академик.
В 1986 году Каган совершил прорыв в науке, открыв новый метод контроля над химическими реакциями. Этот метод позволил ему создать большее количество одного из зеркальных изомеров, чем считалось возможным ранее. Затем Соаи пошел еще дальше, разработав первую в истории химическую реакцию с потенциалом гомохиральности. В результате этой реакции образовывалось только одно из двух возможных зеркальных отражений, что ранее считалось невозможным.
По словам заведующего лабораторией стереонаправленного синтеза биоактивных соединений в Институте элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН Владимира Ларионова, Анри Каган в свое время исследовал асимметрические реакции и открыл нелинейный эффект, который встречается крайне редко.
«Со своей стороны Кенсо Соаи использовал этот подход для объяснения механизма автокатализа в энантиоселективных процессах. «Обычно все системы работают линейно, и нелинейные эффекты встречаются редко. Реакция Соаи демонстрирует, как такие эффекты могут быть важны для понимания процессов в природе. Например, он объясняет, как в природе образовалась L-форма аминокислот, характерная для живых организмов», — объяснил Ларионов.
Как рассказал «Газете.Ru» доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Профессор Химического факультета МГУ, грантополучатель Российского научного фонда Илья Гриднев, открытие Соаи имеет фундаментальное значение.
«В природе существует множество хиральных соединений, включая те, из которых состоим мы. Например, в лекарствах используются разные энантиомеры, которые могут действовать по-разному: один может быть полезным, а другой — токсичным. Самый известный пример — случай с талидомидом в Америке в 1960-х годах. Тогда не умели разделять энантиомеры, и из-за этого у некоторых людей рождались дети с врожденными дефектами. И до сих пор неизвестно, как возникла хиральная жизнь на Земле. Реакция Соаи как раз отвечает на этот фундаментальный вопрос возникновения жизни. Представьте, что вы оказались на необитаемом астероиде, где нет жизни. Чтобы создать что-то хиральное, вам понадобится диизопропилцинк и альдегид специфический специфического строения. Это станет основой, первым шагом к зарождению хиральной жизни», — объяснил Гриднев.
Сам Гриднев, как он рассказал «Газете.Ru», пил 50-летний портвейн с Соаи и прямо сейчас пишет ему письмо с поздравлениями.
«Он — замечательный человек. Соаи — бескорыстный, настоящий ученый. Я 20 лет проработал в Японии и там познакомился с Соаи. Я делал доклад, после этого мы с ним и выпили», — поделился Гриднев.
Прикладная гомохиральность
При этом декан химфака МГУ Сергей Карлов не согласен с Гридневым: открытие нобелиатов имеет не только фундаментальное, но и серьезное прикладное значение, и уже применяется в области фармакологии.
«Некоторые вещества могут существовать в форме оптических изомеров. Часто один из них обладает полезной биологической активностью, в то время как другой либо не активен, либо вреден. Поэтому использование в лекарствах одного изомера предпочтительнее, чем смеси. Ученые разработали методы синтеза одного изомера без другого. Эти способы не универсальны, но все же представляют прикладную ценность», — заметил Карлов.
По его словам, ученые разработали новый метод органического синтеза. Этот подход используется в создании различных органических соединений, но особенно важен в фармацевтике.
«Органический синтез — это процесс, в результате которого образуются новые органические вещества. Все вокруг нас состоит из органических соединений. Мы сами — это аминокислоты, которые являются представителями соединений с лево- и правовращающими изомерами. Ученые нашли способ синтезировать такие вещества. Да, я считаю, что это действительно достойное открытие в области химии. И эта премия — чисто химическая. Она не связана в этому году с другими науками, как это бывает. Она дана именно тем самым «чистым» химикам, как их обычно представляют: профессора с растрепанными волосами, которые стоят у вытяжного шкафа и проводят химические реакции. Эти реакции сопровождаются характерными звуками и эффектами: у них что-то вспыхивает, дымит и т.д. Именно за такие открытия, как это, ученые получили Нобелевскую премию по химии в этом году», — рассказал Карлов.
Дитя Хиросимы
«Когда мне позвонили, я уехал за покупками, и не, конечно, не ждал таких новостей. Я очень рад этой замечательной новости о получении Нобелевской премии. Это, конечно, самый волнующий день в моей жизни, и я очень рад разделить этот момент с другим известным химиком Анри Каганом. Это честь для меня», — сказал Соаи, когда ему позвонили и объявили о присуждении премии.
Кенсо Соаи, родился в 1950 году в поселке Футю, Япония. Это — ближайший пригород Хиросимы, который стал пристанищем беженцев с чудовищными ожогами после атаки. В школу (при Хиросимском университете) он ходил в самом городе, когда тот еще не был полностью восстановлен после бомбардировки. Здание школы при ударе 1945 года было уничтожено и позже восстановлено, у него был собственный мемориал в память о бомбардировке. Сам ученый никогда это не комментировал.
С детства Соаи хотел стать ученым, но не знал, каким именно. В итоге он поступил на естественные науки в университет и выбрал химию только на втором курсе.
«Я с детства интересовался естественными науками. Я мечтал стать исследователем в этой области, хотя и не определился с конкретной темой. Поступив в университет, я посещал различные лекции и семинары, чтобы определиться с выбором. В середине второго курса я выбрал химию в качестве основного предмета, потому что думал, что смогу внести наибольший вклад в эту науку», — заявил ученый в интервью журналу Chemical Communications.
Сам Соаи верит, что химия — это мост, соединяющий людей с общими интересами и увлечениями.
«Слушать прекрасные лекции, участвовать в дискуссиях и совместной работе с химиками со всего мира по теме хиральности — это делает мою жизнь по-настоящему увлекательной», — признался он в том же интервью.
В свободное время любит сидеть на берегу реки и читать книжки по истории. Подчеркивает, что его интересует в первую очередь быт и жизнь обычных людей в древние времена, а не герои и политики.
«Обычно я гуляю по берегу местной реки и читаю книгу. Мне нравится читать книги по истории. Хотя в школе мы изучали историю героев и политиков, мы мало что знали о жизни обычных людей в античные и средневековые времена», — заметил он в той же беседе.
Анри Каган и как он провалил вступительные по химии
Анри Каган родился в 1930 году в Булонь-Бийанкуре (Франция). Он получил образование в Сорбонне и Национальной высшей школе химии в Париже и защитил докторскую диссертацию в Коллеж де Франс. Затем перешел в Университет Париж-Юг в Орсе, где сейчас является почетным профессором.
О своей жизни ученый подробно рассказал в интервью французскому научном журналу Société Chimique de France. В первые годы средней школы Каган учился на литературном отделении, но гуманитарная сфера ему не подошла. Он перевелся на научное направление, где заинтересовался математикой, физикой и химией. Подростком он проводил выходные в парижском Дворце открытий, увлекаясь ядерной физикой и астрономией, — но не органической химией, которая в итоге принесла ему славу.
Получив среднее образование, Анри Каган решил стать инженером и работать в химической промышленности. Однако он провалился на вступительном экзамене в Национальную высшую школу химии Парижа, поступив в вуз лишь со второй попытки.
Получив инженерный диплом в 1954 году, Каган все еще планировал уйти в промышленность. В то время по законам Франции для работы на крупных предприятиях мужчины должны были пройти срочную 18-месячную службу в армии. Однако призыв Анри Кагана отложили из-за слишком низкого веса. Эта неопределенность затруднила трудоустройство. Тогда он решил начать подготовку докторской, чтобы «не терять время». Так человек, мечтавший работать на заводе, оказался в науке.
Интересно, что в 2001 году Нобелевскую премию по химии получили Ноулз, Нойори и Шарплесс за вклад в асимметричный катализ — но Кагана обошли, хотя он одним из первых опубликовал работу в этой области еще в 1971 году. Тогда научный министр Франции Роже-Жерар Шварценберг обратился в Нобелевский фонд, выразив «недоумение и удивление», что Кагана не включили в число лауреатов.
В интервью 2013 года Каган признался, что был разочарован, но предпочитал сдержанность и не любил публичности. Позже письма поддержки со всего мира помогли ему справиться с этой болью.
У Кагана старомодное отношение к науке. Он сознательно работал с небольшими командами и поощрял молодых исследователей развивать собственные независимые программы, а не заставлять всех ученых в группе работать над одной успешной темой. Он также выразил обеспокоенность по поводу перехода от традиционных библиотек к интернет-поиску. Исследователи теперь легко находят нужную информацию, но реже обращаются к смежным темам. По его мнению, семинары и живое научное обсуждение остаются неотъемлемой частью лабораторной работы.