Category:

Мир молекулярных машин

Ряды иностранных членов Российской академии наук пополнились выдающимся французским ученым. На общем собрании членов РАН, прошедшем в конце апреля этого года, диплом иностранного члена РАН был вручен лауреату Нобелевской премии за 2016 г. Жан-Пьеру Соважу, признанному лидеру в области супрамолекулярной химии и дизайна молекулярных машин, действительному члену Французской академии наук, профессору Страсбургского университета.

Ученый рассказал корреспонденту журнала «В мире науки» о том, что представляет собой предмет его исследований.

В беседе принимала участие и одновременно переводила гостя на русский язык его российская коллега член-корреспондент РАН Юлия Германовна Горбунова, за что мы выражаем ей искреннюю признательность.

Жан-Пьер Соваж.
Жан-Пьер Соваж.

Мсье Соваж, почему вы стали заниматься химией? Чем вас привлекла эта наука?

Когда мне было лет 15-16, я жил в деревенской местности. Я очень интересовался растениями, цветами. И когда я начал в школе изучать химию, создал в подвале нашего дома маленькую лабораторию, очень примитивную. И я занимался тем, что экстрагировал красители из цветов, получал хлорофилл. Это было начало...

Каким был ваш путь в науке? Вы сразу нашли свою тему или шли к ней постепенно?

Это была не первая моя тематика. В моей группе мы занимались превращением солнечной энергии в химическую. Реакция, которая всегда очень интересовала химиков и интересует их и сегодня, — это расщепление воды на водород и кислород. Подобрав эффективную фотокаталитическую систему, можно получить водород из воды под воздействием света.

Мы работали с фотоактивными координационными соединениями с азотсодержащими лигандами (фенантролином, бипиридином), и нам пришла идея, как с помощью комплексообразования получить молекулы, которые могут иметь сложную структуру (топологию), то есть могут быть сцеплены, как олимпийские кольца, друг с другом. И это совершенно разные области исследований, они не имеют ничего общего друг с другом. Но эта идея нам показалась очень увлекательной, и поэтому мы решили переключиться с одной тематики на другую. Вообще, я думаю, что это очень важно и перспективно для ученых— не бояться рисковать в науке и переходить в другие, еще никем не исследованные области. Мы начали работать над молекулярным дизайном этих механически сцепленных колец. И когда мы начинали, это была совсем неизвестная область, это было начало новой дисциплины, которую назвали молекулярной топологией. Наряду со сложной топологией особенность этих систем — их подвижность. В моей группе, параллельно с коллегами из других групп и стран, мы начали синтезировать молекулярные моторы, роторы. узлы и молекулярные машины.

Сама природа— грандиозный источник вдохновения для химиков. Молекулярные моторы, молекулярные машины существуют везде в живом мире. И в настоящий момент в нашем организме действуют миллионы машин, которые весьма быстро

движутся. Мы очень вдохновились этим. Вместе с коллегами из других групп мы сделали молекулярные моторы— например, линейные молекулярные шаттлы, в которых двигается стержень внутри цилиндра, такие вращающиеся роторы, молекулы, которые могут сокращаться и увеличиваться, как наши мускулы, молекулярные компрессоры и другие системы движения. Однако эти соединения синтетические, в природе точно таких не существует.

А с какими веществами вы работали? Я слышала такие названия: кате- наны и ротаксаны. Что это такое? Это синтетические вещества? И еще я прочитала, что это было в 1960-1970-е гг., но тогда ведь не было такой аппаратуры, которая могла бы работать с наномиром.

Я сейчас говорю о работах, которые начались в моей группе в 1980-х гг. А первые катенаны действительно были сделаны в 1963-1964 гг. И в то время в Европе уже была хорошая аппаратура. Эксперимент занимал больше времени, но все эти процессы уже можно было контролировать.

А по какому принципу были выбраны эти вещества? Какими они должны были обладать свойствами?

Катенаны представляют собой несколько колец, механически скрепленных друг с другом, а ротаксаны состоят из двух частей — гантелевидной молекулы и кольца-макроцикла с двумя объемными группами (стопперами) на концах гантели для предотвращения слетания макроцикла. В отличие от классических систем, построенных из отдельных молекулярных компонентов, катенаны и ротаксаны не могут диссоциировать на отдельные фрагменты. В случае катенанов этому препятствует механическое зацепление макроциклических фрагментов; в случае ротаксанов диссоциация невозможна из-за стерических препятствий. оказываемых объемными концевыми группами-стопперами. Отсутствие ковалентных связей между молекулярными компонентами приводит к тому, что такие ансамбли характеризуются высокой степенью подвижности каждого из фрагментов, и в зависимости от различных факторов (полярности растворителя, кислотности среды, фото- или электрохимического воздействия и т.д.) система может менять свою архитектуру. Таким образом, эти соединения представляют собой наиболее перспективные компоненты для создания молекулярных машин. Я могу нарисовать примеры на вашем листочке. (Рисует.)

Это выглядит как цепочка.

Да, а у ротаксана есть кольцо, через которое продернута как бы штанга. И у этих молекул особенные свойства.

Нобелевская премия была вам вручена в 2016 г. за дизайн и синтез молекулярных машин. Когда я прочитала об этом, подумала, что это немного похоже на то, как если бы Создателю вручили премию «за синтез и дизайн человека». Человек ведь тоже в каком-то смысле молекулярная машина?

Наши молекулярные машины очень- очень простые по сравнению с тем, что происходит в организме у человека. На самом деле мы вдохновляемся природой, тем, что в ней происходит. И, вдохновляясь этим, мы пытаемся делать что-то подобное тому, что происходит в живой природе. Мы пока еще далеки от того, чтобы создавать, как природа, но мы находимся на пути понимания того, что происходит в природе. И это наша основная задача. Если мы научимся понимать, как природа устроила многие сложные вещи, это позволит нам решить очень важные задачи...

Какие возможности для человека открываются в связи с вашими исследованиями и открытиями?

Мы, конечно, далеки от того, что делает природа, но исследования, которые мы проводим, могут помочь в создании принципиально новых умных материалов, например синтетических ферментов для будущего. Я в это очень верю. В настоящий момент уже есть одно коммерческое применение ротак- санов — в производстве новых материалов. Коллеги-ученые из Японии и Кореи делают пленки на их основе. Эти пленки очень гибкие, подвижные, ими покрывают поверхности, которые должны быть защищены от царапин. Как только появляется царапина, она как бы сама себя заживляет. Эти пленки используются для покрытия мобильных телефонов, различных дисплеев. Это первое коммерческое применение ро- таксанов.

Насколько я знаю, ваше открытие может найти применение и в молекулярной медицине, в частности при борьбе с раком. Молекулярные машины смогут доставлять препарат прямо в опухоль.

Да, и это, наверное, самое важное. Адресная доставка лекарства, скорее всего, будет одним из важнейших достоинств этого открытия и одним из главных его применений. Принцип действия такой: вы берете некий носитель и программируете его свойства так, чтобы он доставлял нужное лекарство в больную клетку. Попадая туда, он выбрасывает это лекарство, и оно начинает действовать строго в той клетке, в которую оно внедрено. Два года назад была опубликована удивительная работа американских авторов. В ней описано, как они взяли достаточно большую молекулу и доставили близко к клетке. В отсутствие света (излучения определенной длины волны) она не работает, и только когда свет включен, она начинает вращаться, как дрель, которая делает дырку в клетке для того, чтобы туда что-то впрыснуть, какое-то лекарство.

Фантастика. Как, по вашему мнению, будет дальше развиваться химия? Считаете ли вы, что путь развития науки — это междисциплинарность?

Сейчас очень важно делать именно междисциплинарные проекты. Сложно предсказать, что будет основным направлением науки, но я верю, что химия и биология будут оставаться одними из самых важных областей. Я не противник генетически модифицированных организмов. Уверен, что за ними будущее.

В 2016 г. вы вместе с другими нобелевскими лауреатами подписали открытое письмо с призывом кGreenpeace, ООН и правительствам всего мира прекратить борьбу с генетически модифицированными организмами. Чем оно было вызвано?

Никто до сих пор не продемонстрировал, что генетически модифицированные организмы вредные, токсичные. Нет такого доказательства. Но люди, как правило, не очень научно образованные критикуют эту область. Это грустно. Например, генетически модифицированный рис, так называемый золотой рис, может сохраняться четыре или пять недель, покрытый водой, и не гибнуть, в то время как обычный рис, не модифицированный, погибает в таких условиях за один-два дня. И вот наличие такого генно-модифицированного золотого риса спасло огромное количество людей в Бангладеш от голода. Это только один пример, но есть очень много других.

Сейчас много «страшилок» циркулирует в средствах массовой информации. Например, такая: когда хоронят современных людей, их тела не разлагаются, потому что они все пропитаны химическими соединениями, которые не распадаются.

Ваше тело, когда вы родились, состоит из химии, из молекул. Человек — очень интенсивная, наполненная химическая система. Наш организм — это химический завод. Даже маленькая бактерия — это завод, большой химический завод, потому что там идут химические процессы.

Ответ единственный: проблема в том, что люди в целом не очень образованы и у них крайне мало информации. Они просто не хотят ее знать. И наша задача как ученых — прийти к обычным людям и рассказать, чем мы занимаемся, почему это важно, кто и что из чего состоит. Вы, например, знаете, что состоите из 22 типов химических элементов? Так вот, наша задача — моя и моих коллег — рассказать людям об этом и многом другом. Тогда необоснованные страхи будут ликвидированы.

Я очень надеюсь, что состоявшееся интервью будет этому способствовать. Спасибо большое!

Беседовала Ольга Беленицкая.

promo goodspb september 8, 2017 17:46 763
Buy for 200 tokens
Вот поэтому Путин – не ваш, а мой президент. Потому что я – русская. А вы – не русские. Моя статья «Я русская! Я устала извиняться!» привлекла такое количество троллей разного вида и происхождения, что сумела набрать 2400 комментариев. Кем меня только не…

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened