Отцу палеогеномики
Лауреатом Нобелевской премии по физиологии или медицине стал Сванте Пэабо. Нобелевская ассамблея Каролинского института наградила его «за открытия, связанные с геномами вымерших гоминин и эволюцией человека». Сванте Пэабо — один из директоров Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге, Германия, и сотрудничает с Институтом науки и технологии в Окинаве, Япония.
Пэабо — основоположник совершенно новой научной дисциплины палеогеномики. Благодаря его пионерским исследованиям стало возможным прочтение генома неандертальцев, наших ближайших вымерших родственников, и других вымерших видов людей. Так, разработанные Пэабо методы позволили по крошечной фаланге детского мизинца, найденной в 2008 году в пещере Денисова на Алтае группой российских ученых из Института археологии и этнографии СО РАН под руководством академика Анатолия Деревянко, открыть прежде неизвестный вид гоминин — денисовцев. Пэабо отследил древний переток генов от вымерших людей к Homo sapiens, который начался после миграции наших предков из Африки около 70 000 лет назад. И сегодня мы знаем, что от 1 до 4% генных вариантов неандертальцев присутствуют у современных людей неафриканского происхождения, еще какое-то количество генных вариантов денисовцев есть у жителей Океании и Юго-Восточной Азии. Это древнее генетическое наследие современных людей имеет для нас физиологическое значение, к примеру, от неандертальцев нам досталась способность иммунной системы реагировать на инфекции.
Главная проблема палеогенетики до Пэабо заключалась в том, что древняя ДНК не только плохо сохраняется, особенно в теплом и влажном климате, но и может быть загрязнена ДНК бактерий или современных людей при работе с ней. А потому требования в работе с древней ДНК — абсолютная стерильность. Но не только. Пэабо придумал, как отличить древнюю ДНК от современной: он ориентируется на химические изменения, которые происходят со временем с одним из оснований ДНК — тимином. Он превращается в урацил, которого в ДНК современных людей нет. Таким образом, если в анализируемой ДНК обнаружился урацил, она, несомненно, древняя. Выявление генетических различий между ныне живущими людьми и вымершими гомининами — основа для изучения многовекового вопроса о том, что сделало человека современного анатомического облика уникальным.
Пионерам квантовой информатики
Награда по физике досталась исследователям в области квантовой механики Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру. Шведская королевская академия наук отдала им Нобелевскую премию «за эксперименты со спутанными фотонами, доказательство нарушения неравенств Белла и пионерские исследования в области квантовой информатики». Аспе работает во Франции, в Университете Париж-Сакле и Политехнической школе Палезо, Краузер — сооснователь компании J. F. Clauser&Associates в Калифорнии, Цайлингер — профессор Венского университета в Австрии. Каждый в отдельности и все вместе — первопроходцы в той области экспериментальной квантовой механики, которая основана на экспериментах с использованием спутанных квантовых состояний. В таких состояниях две квантовые частицы ведут себя как одно целое, даже если они разделены в пространстве. Полученные лауреатами результаты проложили путь новым технологиям, основанным на квантовой информации. Их фундаментальные исследования — основа активно разрабатываемых сейчас методов квантовой криптографии и подходов к созданию квантовых компьютеров.
Ключевым моментом здесь является то, что квантовая механика допускает существование двух или более частиц в состоянии, которое называется спутанным. То, что происходит с одной из частиц в спутанной паре, определяет то, что происходит с другой частицей, даже если она находится далеко. Долгое время считалось, что такое поведение частиц предопределено некими скрытыми параметрами, влияющими на исход эксперимента. В 1960-х годах ирландский физик Джон Стюарт Белл (John Stewart Bell) создал математические неравенства, названные его именем, которые утверждали, что если такие скрытые параметры существуют, то корреляция между результатами большого количества измерений никогда не превысит определенную величину. Но, согласно квантовой механике, существует тип эксперимента, который нарушит неравенство Белла, что приведет к более строгой корреляции, чем была бы возможна в противном случае. Такие эксперименты провел Джон Краузер. Ален Аспе разработал соответствующие методы измерений, Антон Цайлингер создал инструментарий и провел серии успешных экспериментов с фотонами в спутанных состояниях. Один из самых показательных — это проведенный в 2016 году посредством квантовой криптографии сеанс защищенной видеосвязи между Веной и Китаем, яркий пример квантовой телепортации.
Новаторам клик-химии
Нобелевскую премию по химии Шведская королевская академия наук присудила американцам Кэролин Бертоцци из Стэнфордского университета и Барри Шарплессу из Исследовательского института Скриппс в Ла-Хойе, Калифорния, а также датчанину Мортену Мелдалу из Копенгагенского университета «за создание клик- и биоортогональной химии». Как отметил в своем объявлении Нобелевский комитет по химии, «это премия за то, что сложные процессы сделались проще». «Просто щелк — и молекулы соединились», — поясняет пресс-релиз суть клик-химии, и здесь уместна аналогия с конструктором Lego, элементы которого плотно сцепляются друг с другом одним щелчком. Основы клик-химии заложили Барри Шарплесс и Мортен Мелдал, показав, как блоки будущих молекул могут быстро и накрепко соединяться друг с другом, образуя целевую молекулу. Кэролин Бертоцци придала клик-химии новое измерение, начав применять ее подходы в живых системах.
Для Барри Шарплесса эта Нобелевская премия вторая, первую он получил в 2001 году «за создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций». Вскоре после этого он и Мортен Мелдал независимо друг от друга представили «жемчужину» клик-химии — катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение, самую известную и широко используемую сегодня клик-реакцию. Среди прочего она используется при создании фармацевтических препаратов и новых материалов, а также для картирования ДНК. Для создания «защелки» на одну из соединяемых молекул «навешивают» цепочку из трех идущих друг за другом атомов азота, это азид, а на другую — два атома углерода, алкин. В присутствии катализатора — ионов меди — две части «защелки» сцепляются в стабильное кольцо триазола, прочно удерживающее обе части.
Кэролин Бертоцци вышла на новый уровень. Для того чтобы установить точное местонахождение на поверхности клеток неуловимых биомолекул гликанов, она придумала клик-реакции, которые могут проходить внутри живых организмов, но при этом не мешать естественным биохимическим процессам. Это биоортогональные реакции, с их помощью ученые могут точнее нацеливать противораковые лекарства и вообще совершенствовать способы доставки лекарств внутри организма.
Публикацию подготовила Марина АСТВАЦАТУРЯН
Иллюстрации: Niklas Elmehed
Нет комментариев