Нобелівська премія з хімії: у чому практичне значення молекулярних машин?

Нобелівський комітет у середу, 5 жовтня, оголосив лауреатів премії з хімії. Ними стали – вчені Жан-П'єр Соваж, сер Фрезер Стоддарт і Бернард Феринга з формулюванням "за проектування і синтез молекулярних машин". Вони розробили молекули з контрольованими рухами, які можуть виконувати завдання, коли мають джерело енергії.

Що таке "молекулярні машини", і що тягне за собою даної відкриття, прокоментував для DT.UA завідувач кафедри супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій КНУ ім. Тараса Шевченка, професор Ігор Комаров.

- Що таке "молекулярні машини"?

- Можна провести аналогію з машинами з макроскопічного світу – з моторами. Мотор автомобіля, наприклад, виробляє і використовує енергію теплову або електричну енергію у разі електромобілів, і перетворює її в механічну – машина їде. Так само діють і молекулярні мотори. Наприклад, молекули Бена Феринги поглинають фотони, енергію світла, і перетворюють її в обертання, власне обертання в одну сторону, фактично як мотор, вісь двигуна або колесо. Таким чином можна на молекулярному або супрамолекулярном рівні створювати машини.

- У чому практичне значення відкриття нобелівських лауреатів?

Зазвичай Нобелівські премії присуджуються людям, відкриття яких внесли значний внесок у розвиток якоїсь прикладної задачі. Тут це не так очевидно, оскільки молекулярні машини ще тільки в стадії дитинства, і особливих їх практичних застосувань не проглядається. Тобто, реально їх немає: немає у нас в будинках, на столах, у комп'ютерах. Є лише величезний потенціал, який очевидний. Мені здається, що молекулярні машини можуть повторити той шлях, який повторили макроскопічні машини: двигуни внутрішнього згоряння, парові машини, які спочатку були незграбні, а зараз є основою сучасних технологій. Вченим слід сконцентруватися на тому, що вже є в природі, чого досягла еволюція живого. Поки що це неперевершене. Наприклад, у природі дуже багато молекулярних моторів, машин, різноманітних конструкцій, механічних, електричних. Ось, наприклад АТФ-аза. Це ензим, який синтезує АТФ (Аденозинтрифосфат - нуклеозидтрифосфат, що виконує важливу роль в обміні енергії і речовин в організмах. – Ред.) або навпаки, АТФ розкладає, і створює енергетичний потенціал через мембрану. Цей ензим існує на Землі, я не беруся точно говорити, але кілька мільярдів років. Швидше за все він був уже в перших цианобактериях (тип великих грамнегативних бактерій, здатних до фотосинтезу, який супроводжується виділенням кисню. – Ред.), які виникли якраз мільярд років тому. Молекулярні мотори існують і діють, і зробити щось схоже на те, що є в природі, людині не вдавалося. Або рибосоми – це молекулярні машини, де синтезуються пептидні білки. Ось вченим слід спробувати щось таке зробити.

Я бачив статтю (ось вона вийшла давненько вже, в 2011 році), де вчені намагалися наслідувати функцію рибосом і синтезували на ротоксані маленький пептид. Приблизно так, як робить природа. Тобто запрограмували його синтез, передаючи інформацію від одних молекул до інших, а потім до пептидів. Тобто це, напевно, буде перший крок, а потім можна буде пофантазувати, зробити те, чого взагалі в природі немає.

Думаю, будуть досягнення в медицині, пов'язані з використанням машин, нанороботів, механо-хімічні, які зможуть лікувати людей, діагностуючи захворювання, виробляючи якісь дії для лікування. Це вже не фантастика, над цим уже працюють.

- Яка ситуація в Україні у галузі нанохімії?

- В Україні у цій області йдуть дослідження, і досить інтенсивно. Супромолекулярная хімія, яка є основою наномашин, де використовуються у першу чергу нековалентні з'єднання між молекулами, весь час розвивалася. Наприклад, в Інституті органічної хімії в Києві під керівництвом нинішнього директора Кальчинко Віталія Івановича, розроблялися нові платформи для супрамолекулярних і молекулярних структур. Також є Фізико-хімічний інститут ім. А. Богатського, де супрамолекулярна хімія теж одне з головних напрямків досліджень. У Київському Національному Університеті також багато вчених працюють у цій області, є кафедра супрамолекулярної хімії в Інституті високих технологій. Активно там працює наш професор, один з найбільш цитованих вчених України, Шиванюк Олександр Миколайович. Один з напрямків роботи перегукується з тим, що робить один з лауреатів Нобелівської премії цього року Бернард Феринга, а саме фотофармакология. Це використання механічних перемикачів для включення і виключення лікарських засобів, їх біологічної активності.

Детальніше про розвиток супрамолекулярної хімії в України і створення фоточутливих антимікробних пептидів читайте у статті Лідії Суржик "Портрет Мони Лізи в стилі бактеріум арт".