Нобелевскую премию по химии наконец присудили химикам

5 октября 2016 года Шведская академия наук объявила лауреатов Нобелевской премии по химии. Ими стали Жан-Пьер Соваж (Jean-Pierre Sauvage), Джеймс Фрейзер Стоддарт (Fraser Stoddart) и Бернард Феринга (Bernard Feringa). Формулировка премии: "За проектирование и синтез молекулярных машин".

Что такое молекулярные машины, объясняет человек, который знает о них не понаслышке. Это Максим Никитин, заведующий Лабораторией нанобиотехнологий МФТИ и кандидат физико-математических наук.

Максим Никитин (М.Н.): Молекулярные машины, за которые присуждена премия, — это группа молекул, которые умеют осуществлять различного рода движение под опредёленным воздействием, например, света или биохимических условий.

Казалось бы, агрегаты из отдельных молекул, которые движутся друг относительно друга, пока не нашли практического применения. Поэтому странно, что за них присудили такую научную награду. Да, сейчас молекулярные машины — это скорее игрушка для учёных. Тем не менее ситуация может измениться. Поскольку агрегаты, которые изучали Соваж, Стоддарт и Феринга, состоят из нескольких крупных молекул и способны передвигаться, их можно использовать как транспорт для более мелких молекул, например лекарств.

М.Н.: В доставке лекарств их можно использовать, например, таким образом: в первом случае делать из них моторы и двигатели. Например, в работе одного из лауреатов сделали "наноавтомобили". У них есть колёса, которые могут вращаться и за счёт этого передвигаться. В принципе, в будущем можно представить себе такие контейнеры лекарств, которые будут продвигать их, например, к тромбу во время инсульта. Молекулярные машины могли бы донести действующее вещество сквозь неподвижную кровь и растворить тромб.

Молекулярные машины могут не просто двигаться в заданном направлении. Большинство из них устроено так, что части "агрегата" меняют своё положение друг относительно друга. Поэтому можно представить себе такую машину-контейнер, "створки" которой будут открываться и закрываться и выпускать лекарство в нужный момент.

М.Н.: Другой интересный вариант — это создание "умных" пористых частиц, в которых лекарство заключено в поры, а поры закрыты такими молекулярными "клапанами-винтами". Пока частицы циркулируют в организме далеко от цели, такие поры находятся в закрытом состоянии и терапевтические молекулы из них не выходят. Когда же частица оказывается внутри цели, например, опухоль, которую врач облучает светом, — эти "винты" начинают вращаться и выкидывать лекарство из поры.

Проблема молекулярных машин в том, что их приходится каким-то образом заставить двигаться не хаотично, а в нужном исследователю направлении. Однако и её можно решить.

М.Н.: В области адресной доставки лекарств есть и другие способы для достижения тех же целей. Например, направленное движение можно осуществлять за счёт каталитических свойств наночастиц или их особых магнитных качеств.

В последние годы Нобелевская премия по химии нередко достаётся биологам или физикам. Так, в 2014 году её выдали за создание одного из методов микроскопии, а в 2015-м — за изучение механизмов репарации (восстановления) ДНК. Нобелевка по химии 2016 года отличается от своих предшественниц тем, что она по праву досталась химикам.

М.Н.: Нобелевская премия за проектирование и синтез молекулярных машин присуждена в области химии, а не медицины. Это подчёркивает удивительную и уникальную химическую природу данного подхода, когда используется движение именно молекулярного объекта, а не супрамолекулярного (состоящего из множества молекул. — Прим. Лайфа). И с точки зрения фундаментальной науки это очень интересный и сложный феномен.