Нобелевская премия по химии: в чем практическое значение молекулярных машин?

Нобелевский комитет в среду, 5 октября, объявил лауреатов премии по химии. Ими стали – ученые Жан-Пьер Соваж, сэр Фрэзер Стоддарт и Бернард Феринга с формулировкой "за проектирование и синтез молекулярных машин". Они разработали молекулы с контролируемыми движениями, которые могут выполнять задачу, когда имеют источник энергии.

Что такое "молекулярные машины", и что влечет за собой данной открытие, прокомментировал для ZN.UA заведующий кафедрой супрамолекулярной химии Института высоких технологий КНУ им. Тараса Шевченко, профессор Игорь Комаров.

- Что такое "молекулярные машины"?

- Можно провести аналогию с машинами из макроскопического мира – с моторами. Мотор автомобиля, например, вырабатывает и использует энергию тепловую или электрическую в случае электромобилей, и превращает ее в механическую – машина едет. Точно также действуют и молекулярные моторы. Например, молекулы Бена Феринги поглощают фотоны, энергию света, и превращают ее во вращение, собственное вращение в одну сторону, фактически как мотор, ось мотора или колесо. Таким образом можно на молекулярном или супрамолекулярном уровне создавать машины.

- В чем практическое значение открытия нобелевских лауреатов?

Обычно Нобелевские премии присуждаются людям, открытия которых внесли значительный вклад в развитие какой-то прикладной задачи. Здесь это не так очевидно, поскольку молекулярные машины еще только в стадии младенчества, и особых практических их применений не просматривается. То есть, реально их нет: нет у нас в домах, на столах, в компьютерах. Есть только огромный потенциал, который очевиден. Мне кажется, что молекулярные машины могут повторить тот же путь, который повторили макроскопические машины: моторы внутреннего сгорания, паровые машины, которые вначале были неуклюжи, а сейчас являются основой современных технологий. Ученым следует сконцентрироваться на том, что уже есть в природе, чего достигла эволюция живого. Пока что это непревзойденное. Например, в природе очень много молекулярных моторов, машин, разнообразных конструкций, механических, электрических. Вот, например АТФ-аза. Это энзим, который синтезирует АТФ (Аденозинтрифосфат - нуклеозидтрифосфат, выполняющий важную роль в обмене энергии и веществ в организмах. – Ред.) или наоборот, АТФ разлагает, и создает энергетический потенциал через мембрану. Этот энзим существует на Земле, я не берусь точно говорить, но несколько миллиардов лет. Скорее всего он был уже в первых цианобактериях (тип крупных грамотрицательных бактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода. – Ред.), которые возникли как раз миллиард лет назад. Молекулярные моторы существуют и действуют, и сделать что-то похожее на то, что есть в природе, человеку не удавалось. Или рибосомы – это молекулярные машины, где синтезируются пептидные белки. Вот ученым следует попробовать что-то такое сделать.

Я видел статью (вот она вышла давненько уже, в 2011 году), где ученые пытались наследовать функцию рибосом и синтезировали на ротоксане маленький пептид. Примерно так, как делает природа. То есть запрограммировали его синтез, передавая информацию от одних молекул к другим, а потом к пептидам. То есть это, наверно, будет первый шаг, а потом можно будет пофантазировать, сделать то, чего вообще в природе нет.

Думаю, будут достижения в медицине, связанные с использованием машин, нанороботов, механохимических, которые смогут лечить людей, диагностируя заболевания, производя какие-то действия для лечения. Это уже не фантастика, над этим уже работают.

- Как обстоит ситуация в Украине в области нанохимии?

- В Украине в этой области идут исследования, и достаточно интенсивно. Супромолекулярная химия, которая является основой наномашин, где используются в первую очередь нековалентные соединения между молекулами, все время развивалась. Например, в Институте органической химии в Киеве под руководством нынешнего директора Кальчинко Виталия Ивановича, разрабатывались новые платформы для супрамолекулярных и молекулярных структур. Также есть Физико-химический институт им. А. Богатского, где супрамолекулярная химия тоже одно из главных направлений исследований. В Киевском Национальном Университете также много ученых работают в этой области, есть кафедра супрамолекулярной химии в Институте высоких технологий. Активно там работает наш профессор, один из наиболее цитируемых ученых Украины, Шиванюк Александр Николаевич. Одно из направлений работы перекликается с тем, что делает один из лауреатов Нобелевской премии этого года Бернард Феринга, а именно фотофармакология. Это использование механических переключателей для включения и выключения лекарственных средств, их биологической активности.

Подробнее о развитии супрамолекулярной химии в Украины и создании фоточувствительных антимикробных пептидов читайте в статье Лидии Суржик "Портрет Моны Лизы в стиле бактериум арт".