Hобелевскиe премии в 2021 году по медицине, физике и химии
***
Hобелевскую премию по медицине присудили за открытие рецепторов осязания
Hобелевский комитет назвал имена первых ученых, получивших в 2021 году главную научную награду мира. Нобелевскую премию по физиологии и медицине получат американские исследователи Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян за изучение нервных импульсов и молекул-рецепторов человека, реагирующих на тепло, холод и прикосновения.
Открытия лауреатов выявили «недостающие звенья в понимании взаимодействия между чувствами и окружающей средой», пояснили в Нобелевском комитете. Награду вручили за фундаментальные исследования, но они могут быть использованы в создании персонализированных лекарств, например обезболивающих, говорит российский ученый.
Cпособность ощущать тепло, холод и прикосновения необходима для выживания, говорится на сайте Нобелевского комитета. Американские ученые Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян нашли ответ на вопрос, «как возбуждаются нервные импульсы, чтобы можно было почувствовать температуру и давление». Уроженец Нью-Йорка 65-летний Дэвид Джулиус в 1980-х годах изучал механизмы секреции пептидных гормонов дрожжей в Калифорнийском университете в Беркли, а с 1990 года перешел на работу в Калифорнийский университет в Сан-Франциско. Здесь профессор Джулиус изучал механизм активации нервных клеток химическими веществами, вызывающими болевые ощущения. При этом ученый использовал вещество капсаицин, содержащееся в перце чили и вызывающее жжение. Исследователи собрали библиотеку из миллионов фрагментов ДНК, которые могли реагировать на боль, тепло и прикосновения, говорится в пресс-релизе комитета. В итоге ученым удалось найти ген, чувствительный к капсаицину, открыв кодировавший его рецептор (назван TRPV1). В Нобелевском комитете добавляют, что открытие профессора позволило понять, «как разные температуры могут вызывать электрические нервные сигналы».
Разделивший с Дэвидом Джулиусом награду 54-летний молекулярный биолог армянского происхождения Ардем Патапутян сделал свои открытия в научно-исследовательском институте Скриппса в Калифорнии, где он работает с 2000 года. Параллельно с профессором Джулиусом биолог исследовал механизмы активации нервных клеток и с помощью обычного ментола нашел рецептор, активируемый холодом (позднее назван TRPM8). Господин Патапутян также исследовал механизмы активации клеток при прикосновениях. «Ранее ученые обнаружили механические сенсоры у бактерий, но механизмы, лежащие в основе прикосновения у позвоночных, оставались неизвестными»,— поясняется на сайте Нобелевского комитета. Ардем Патапутян открыл так называемые пьезорецепторы или пьезоканалы — чувствительные к механическому давлению ионные каналы (разновидность транспортных белков; позднее названы Piezo1 и Piezo2). «Эти каналы регулируют физиологические процессы, включая артериальное давление, дыхание и контроль мочевого пузыря. Piezo2 дает нам осязание и способность чувствовать положение и движение частей нашего тела»,— говорится на сайте Нобелевского комитета.
Научный руководитель Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Павел Балабан назвал решение Нобелевского комитета «не очень ожидаемым», пояснив: «Это редкий в последние годы случай, когда награду присудили за фундаментальное исследование». По его словам, у открытий нобелевских лауреатов пока «нет практического воплощения», поскольку, например, работы Ардема Патапутяна были закончены чуть более десяти лет назад. «Новый класс пьезорецепторов оказался уникальным в животном мире. Это один из основных рецепторов, определяющих физиологию. Описание механизма работы рецепторов открывает новые пути в практическом плане»,— рассуждает Павел Балабан. По словам ученого, открытия могут использоваться для «борьбы с болевыми синдромами, которые не снимаются стандартными фармакологическими средствами», а также для разработки персонализированных лекарств.
Руководитель группы в Институте биоорганической химии РАН Антон Чугунов также сказал, что награда 2021 года присуждена за «классическую фундаментальную науку», но отметил, что открытия американских ученых в перспективе могут быть использованы для встраивания определенных генов в нейроны и «фактического перехватывания управления нервными клетками». «Это очень важно с точки зрения лечения неврологических заболеваний, которые пока не поддаются терапии»,— добавил господин Чугунов.
Вручение Нобелевской премии пройдет 10 декабря в Стокгольме: лауреаты разделят 10 млн шведских крон (около $1,1 млн). Напомним, что в 2020 году награда в области физиологии и медицины была присуждена американцам Харви Олтеру, Чарльзу Райсу и британцу Майклу Хоутону. Их работы помогли выявить вирус гепатита С.
Источник - https://www.kommersant.ru/doc/5017880
***
Нобелевскую награду по физике присудили за изучение климата и сложных систем
Hобелевской премией по физике в 2021 году награждены исследователи физического моделирования климата Земли, предсказатели глобального потепления и первооткрыватели взаимодействий в «неупорядоченных сложных системах» размером от одного атома до целых планет.
Награду в $1,1 млн разделят американский и немецкий метеорологи Сюкуро Манабэ и Клаус Хассельманн, а также итальянский ученый Джорджо Паризи. Научные модели нобелевских лауреатов «полностью подтвердились», а тема изменения климата «актуальна как никогда», говорят в Российской академии наук.
Присуждая премию по физике ученым из разных концов света, в Нобелевском комитете объединили их исследования под одной шапкой: «За новаторский вклад в наше понимание сложных физических систем». Эти системы, поясняется на сайте премии, «характеризуются хаотичностью и беспорядком, их трудно понять», однако награда 2021 года отмечает новые методы описания и прогнозирования их поведения «в долгосрочной перспективе».
B частности, 90-летний уроженец японского Сингу, старший метеоролог Принстонского университета в США Сюкуро Манабэ исследовал в 1960-х годах климат Земли, разрабатывая физические модели. «Вопрос, от чего зависят климатические изменения, интересует человечество издавна», но научный прорыв в этой области в конце XIX века сделал шведский ученый Сванте Аррениус, напоминает профессор теоретической физики шведского Университета Линчёпинга Игорь Абрикосов. В частности, господин Аррениус первым показал влияние парниковых газов на потепление климата. Тогда как Сюкуро Манабэ стал первым ученым, исследовавшим взаимодействие «между радиационным балансом и вертикальным переносом воздушных масс из-за конвекции», поясняют в Нобелевском комитете. Для того чтобы обсчитать математическую модель на компьютерах тех лет, метеорологу пришлось ограничиться одним измерением, проводя свои исследования на примере вертикального 40-километрового атмосферного столба, говорится на сайте премии.
Господину Манабэ удалось продемонстрировать, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности планеты. «Его труды легли в основу современных климатических моделей»,— добавляют в комитете.
Примерно через десять лет после этого ровесник господина Манабэ профессор Института метеорологии Макса Планка в немецком Гамбурге Клаус Хассельманн создал модель, «связывающую воедино погоду и климат». Немецкому климатологу, в частности, удалось ответить на вопрос, почему при переменчивости и хаотичности погоды климатические модели могут быть достоверными, поясняется на сайте премии. Так, господин Хассельманн описал «хаотически изменяющиеся погодные явления как быстро меняющийся шум», создав так называемую стохастическую модель климата, и разработал методы идентификации конкретных «следов» деятельности человека и природных явлений, влияющих на климат. «Его методы помогли доказать, что повышение температуры в атмосфере вызвано выбросами углекислого газа»,— поясняют в Нобелевском комитете.
Tретий нобелевский лауреат, 73-летний физик-теоретик Джорджо Паризи награжден за «революционный вклад в теорию неупорядоченных материалов и случайных процессов». Предметом исследований профессора Римского университета Ла Сапиенца господина Паризи в конце 1970-х годов были так называемые спиновые стекла (немагнитные материалы с добавлением магнитных примесей, например, медь с железом), а открытием — математические модели с выводами, как «очевидно случайные явления управляются скрытыми правилами», поясняют в Нобелевском комитете. Сам ученый сравнивал наблюдение за спиновыми стеклами с трагедиями Шекспира, где герой хочет подружиться с двумя людьми, ненавидящими друг друга. Открытия Джорджо Паризи стали «одним из самых важных вкладов в теорию сложных систем» размером от одного атома до целых планет и помогли «понять и описать множество материй и явлений в физике, математике и биологии», поясняется на сайте премии.
Президент Российской академии наук Александр Сергеев сказал ТАСС, что Джорджо Паризи «давно был в списке нобелевских номинантов», а его работы помогли ученым «понять поведение сложнейших систем с огромным количеством частиц».
Hаучные модели двух других лауреатов, по словам господина Сергеева, прошли проверку временем, а расчеты «полностью подтвердились». «Сейчас тема изменения климата как никогда актуальна»,— добавил президент РАН. «Погоду мы можем предсказывать на десяток дней, а состояние климата мы должны понимать в масштабе столетий. Но это взаимодействующие системы. Работы Клауса Хассельманна позволили разделить их»,— добавил Игорь Абрикосов. Примечательно, что один из лауреатов премии, господин Паризи, 5 октября призвал мировых лидеров к решительным действиям по борьбе с изменением климата.
Вручение Нобелевской премии пройдет 10 декабря в Стокгольме: лауреаты разделят 10 млн шведских крон (около $1,1 млн). Напомним, что в 2020 году награда по физике была вручена Роджеру Пенроузу, Рейнхарду Гензелю и Андреа Гез за исследование космоса, в том числе черных дыр, и обнаружение супермассивного компактного объекта в центре галактики.
Источник - https://www.kommersant.ru/doc/5018638
***
Hобелевскую премию по химии присудили за асимметрический органокатализ
Hобелевскую премию по химии 2021 года получили немецкий и американский ученые Бенджамин Лист и Дэвид Макмиллан за разработку процесса асимметрического органокатализа.
В дополнение к существовавшим способам ускорения химических реакций с участием металлов и ферментов лауреаты открыли третий тип катализа — с помощью аминокислот и других органических веществ. В Институте органической химии РАН назвали лауреатов выдающимися учеными, пояснив “Ъ”, что их открытие активно используется в агрохимии и фармацевтике, в том числе для производства более чистых антибиотиков и других лекарств без побочных эффектов.
«Химики могут создавать новые молекулы, соединяя небольшие строительные блоки, но управлять невидимыми веществами, чтобы они связывались желаемым образом, сложно»,— говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. В коммюнике поясняется, что такой «гениальный инструмент построения молекул» — органокатализ — смогли создать 53-летний директор немецкого Института исследования угля Общества Макса Планка Бенджамин Лист и его сверстник профессор Принстонского университета в США Дэвид Макмиллан.
Впервые процесс катализа как ускорителя химических реакций был описан в 1835 году шведским ученым Якобом Берцелиусом, поясняется на сайте комитета, где также говорится, что сейчас с этим процессом в промышленности «так или иначе» связано 35% мирового ВВП. Вплоть до 2000 года было известно два типа катализаторов — ферменты и металлы. Нобелевские лауреаты открыли третий вид катализа. Бенджамин Лист обратил внимание на то, что в значительной части ферментов присутствуют атомы металлов, но некоторые из них катализируют химические реакции без помощи металлов. «Вместо этого реакции запускаются одной или несколькими отдельными a минокислотами в ферменте»,— говорится на сайте комитета. Немецкий химик предположил, что аминокислоты можно сделать катализаторами сами по себе, выделив их из молекул ферментов. Господину Листу удалось это доказать на примере аминокислоты пролина.
Дэвид Макмиллан пришел к этой же идее, но с другой стороны. Так, американский химик обратил внимание, что разработанные катализаторы на базе металлов редко применяются на крупных предприятиях из-за дороговизны и сложности использования (для этого необходимо отсутствие влаги и кислорода во время реакции). Тогда господин Макмиллан решил использовать небольшие органические молекулы (вместо неорганического металла в качестве катализатора) и стал «экспериментировать с ионами иминия», поясняют в Нобелевском комитете.
Работы в 2000 году были опубликованы фактически одновременно, но название придумал американский ученый — органический катализ, или органокатализ. Этот тип катализа получил приставку «асимметрический» — как позволяющий получить в реакциях нужный тип «изомеров из двух разных молекул», поясняется на сайте комитета. «Эти катализаторы безвредны для природы и дешевы в производстве»,— добавляется в коммюнике.
Заместитель директора Института органической химии (ИОХ) РАН Александр Терентьев сказал “Ъ”, что лично знает нобелевских лауреатов и считает их выдающимися учеными. Открытия Бенджамина Листа и Дэвида Макмиллана широко используются в агрохимии (например, в производстве пестицидов) и фармацевтике, объясняет господин Терентьев. «Раньше в ходе химического синтеза получалось два оптических изомера. Бывало, один из них являлся ядом, а второй — лекарством»,— добавляет он. В пример ученый приводит историю популярного в 1950-е годы в США снотворного талидомида: его прием беременными женщинами привел к появлению тысяч детей с врожденными патологиями. «Тогда еще не знали, что оптические изомеры обладают разной активностью и один вызывает успокаивающее действие, а второй — пороки развития плода. В фармацевтике вообще часто бывает, что полтаблетки действует, а другая половина — нет, а разделить их нельзя. Благодаря открытию нобелевских лауреатов наука фактически научилась выделять нужные вещества»,— поясняет заместитель директора ИОХ РАН. Подобные технологии, по его словам, позволили сделать из антибиотика офлоксацина препарат левофлоксацин «без ненужных примесей». «Можно употреблять таблетку вдвое меньшей массы без побочных эффектов»,— добавляет господин Терентьев. На сайте комитета в пример приводится стрихнин, синтез которого с помощью органокатализа позволил производить его «в 7 тыс. раз эффективнее», а также противовирусный препарат осельтамивир.
Председатель Нобелевского комитета по химии Йохан Аквист сказал, что открытие лауреатов «настолько же просто, насколько и гениально: многие люди задавались вопросом, почему мы не думали об этом раньше».
Вручение Нобелевской премии пройдет 10 декабря в Стокгольме: лауреаты разделят 10 млн шведских крон (около $1,1 млн). Напомним, что в 2020 году награда по химии досталась Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудне — авторам одного из самых востребованных в генной инженерии методов «генетических ножниц» (CRISPR-Cas9).
Источник - https://www.kommersant.ru/doc/5019310