Предсказывать, кто получит Нобелевскую премию, дело глупое. За сто с лишним лет стало понятным, что порой достойные открытия по тем или иным причинам не отмечаются Нобелевским комитетом или же ученые получают премию за достижение, которое они совершили десятки лет назад. Попробуй в таких условиях угадать, кто станет лауреатом именно в этот год.
Особенно неразумно пытаться назвать не научные открытия, а конкретных ученых. Сейчас большая часть научных работ выполняется большими коллективами, иногда сходные результаты независимо получают разные группы. Где Нобелевский комитет проведет границу, отделяющую лауреатов, понять заранее нельзя.
Шестеро физиков-теоретиков считались достойными Нобелевской премии за предсказание бозона Хиггса. Помимо самого Питера Хиггса это были Франсуа Англер и Роберт Браут, написавшие свою статью независимо от Хиггса и даже ее в журнал Physical Review Letters чуть раньше. А также Джеральд Гуральник, Карл Хаген и Томас Киббл, статья которых поступила в этот же журнал на 42 дня позже статьи Хиггса. Браут не дожил до присуждения премии, Хиггс и Англер ее получили, остальные нет. А, например, почему премию 2008 года по физиологии и медицине за открытие вируса иммунодефицита человека получили Франсуаза Баре-Синусси и Люк Монтанье, но не получил Роберт Гало, вообще понять невозможно.
Так что заголовок этого текста надо бы немного подкорректировать. Мы попытаемся поговорить не о том, кто станет лауреатом Нобелевской премии-2014, а о том, какие открытия с большой вероятностью могут быть отмечены Нобелевским комитетом. И начнем с премии за достижения в области химии.
На предсказаниях нобелевских лауреатов специализируется медиакорпорация Thomson Reuters, которой принадлежит система баз данных Web of Science, объединяющая сведения о публикациях в научных журналах и патентах. Предсказания экспертов Thomson Reuters основываются на цитируемости работ ученых. В сфере химии на данный момент выделяются три области-фаворита.
Тест Эймса
Этот тест представляет собой биологический метод оценки мутагенности химических соединений. Поскольку онкологические заболевания часто связаны с мутациями, он оказывается методом оценки канцерогенности веществ. И в этом качестве тест широко применяется, с тех пор как в начале 1970-х Брюс Эймс (Bruce Ames) и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли создали этот метод. Первая статья с описанием метода появилась в 1975 году в PNAS. Усовершенствованный метод теста был опубликован в 1983 году Mutation Research. Эта публикация стала самой цитируемой работой Эймса, на данный момент на нее сослались более 5200 раз.
Для теста нужна культура бактерий Salmonella typhimurium. Используются такие штаммы бактерий, у которых в гене, ответственном за синтез аминокислоты гистидина, есть мутация. Для развития таким бактериям требуется искусственное внесение гистидина. В процессе теста выяснятся, у какого количества бактерий возникает обратная мутация, то есть они становятся способны синтезировать гистидин.
Важным достоинством способа считается его быстрота, аналогичные методы тестирования на лабораторных мышах занимают год или два. В качестве недостатка указывают сравнительно большое число ложных срабатываний, как положительных, так и отрицательных. Тест Эймса широко используется для тестирования новых химических веществ, в частности новых лекарств, с целью выявления канцерогенов.
В результате применения этого теста ряд веществ, ранее использовавшихся в промышленности, были признаны канцерогенными. Среди таких веществ фурилфурамид (AF-2) служивший в 1960-70-е годы в качестве антибактериальной пищевой добавки. Или трис(2,3-дибромпропил)фосфат, использовавшийся в качестве огнеупорной пропитки пластика и текстиля.
Нанотехнологии на основе ДНК
Идея использовать свойства молекулы ДНК для нанотехнологий пришла в голову Надриану Симену (Nadrian C. Seeman) осенью 1980 года, когда он разглядывал гравюру Эшера «Глубина». Он понял, что при из молекул ДНК может быть создана трехмерная решетка. Первый трехмерный нанообъект, созданный из ДНК, имел форму куба и был получен в лаборатории Симена в 1991 году. В 1995 году эта работа получила премию Фейнмана в области нанотехнологии.
В дальнейшем ученые смогли создать структуру в виде усеченного октаэдра, других многогранников, трубок, решеток. Строгий принцип комплиментарности оснований при соединении цепочек ДНК (аденин образует водородную связь с тимином, а гуанин – с цитозином) придает наноконструкциям необходимую устройчивость. Интересно, что конструкции из молекул ДНК собираются сами, так как молекулы стремятся соединиться друг с другом, образовав максимально возможное число комплиментарных пар, ведь это состояние энергетически выгодно. Поэтому ученым надо синтезировать нуклеотидные последовательности с нужным расположением оснований, смешать их, а затем цепочки сами соединяются в нужной конфигурации.
Пол Ротмундом (Paul Rothemund) из Калифорнийского технологического института предложил метод, при котором длинная одноцепочечная молекула ДНК укладывается в определенную структуру при помощи коротких цепочек, соединяющих ее отдельные участки. Метод получил название ДНК-оригами. Стремясь продемонстрировать возможности своего метода Ротмунд создавал из ДНК квадраты, треугольники, пятиконечные звездочки и даже улыбающиеся рожицы. В марте 2006 года «ДНК-смайлики» Ротмунда украсили обложку журнала Nature. В дальнейшем чудеса мастеров ДНК-оригами продолжились. Датчане Йорген Кйемс и Курт Готхельф сумели создать даже «наношкатулку»: полый внутри параллелепипед с открывающейся крышкой. У шкатулки есть даже замок из комплиментарных фрагментов ДНК, который можно открывать и закрывать.
Но ДНК-оригами нужно отнюдь не для забав. С помощью этого метода уже решаются прикладные задачи. Ученые Гаврадского университета, например, разрабатывают конструкцию в виде нанотрубки с запирающейся частью, которая должна доставлять молекулу лекарства к больным клеткам и там раскрываться, выпуская молекулу. Они планируют использовать ее для лечения лимфомы и лейкемии. Также основанные на ДНК нанотехнологии позволили создать ДНК-компьютер – вычислительное устройство, использующее для моделирования задач биохимические реакции.
Следует добавить, что эксперты Thomson Reuters в числе вероятных кандидатов на Нобелевскую премию по химии за достижения в области ДНК-нанотехнологий называют также Чеда Миркина (Chad A. Mirkin) из Северо-Западного университета (Иллинойс, США) и Пола Аливисатоса (Armand Paul Alivisatos) из Калифорнийского университета в Беркли.
Клик-химия
Среди потенциальных нобелевских лауреатов в этом направлении химии называют российского ученого Валерия Фокина, ныне работающего по программе мегагрантов на кафедре инновационной биохимии и фармацевтики в МФТИ. Исследование, выдвинувшее его в число кандидатов на премию, Валерий Фокин провел в начале 2000-х годов в Исследовательском институте Скриппса (Ла-Хойя, США). Валерий Фокин известен читателям Полит.ру, он выступал в проекте публичных лекций, а также ему принадлежат и другие публикации.
Другим претендентом на премию в этой области исследований называют Барри Шарплесса, уже получившего одну Нобелевскую премию по химии в 2001 году. Также звучит имя М. Г. Финна, профессора биохимии в Технологическом институте Джорджии.
Принципы клик-химии были сформулированы в 2001 году Шарплессом, Финном и Гарольдом Колбом. Они провозгласили необходимость создания таких реакций органической химии, которые обладали бы целым рядом свойств. Реакция не должна требовать специфических условий (температура, давление и пр.), должна идти в среде из доступного нетоксичного растворителя (желательно в воде), выделяющийся продукт не должен вступать в побочные реакции, этого продукта должно получаться много и он должен легко отделяться от исходной смеси, побочные продукты нежелательны. И ко всему этому реакция должна идти быстро. В живой природе таких химических реакций много, а вот добиться их в лаборатории – нелегкая задача.
Шарплесс и Валерий Фокин обратили внимание на одну реакцию – азидов и алкинов с образованием циклического соединения с тремя атомами азота. Реакция была известна химикам еще с конца XIX века, но требованиям Шарплесса и его коллег она никак не соответствовала: протекала больше суток при температуре выше 100°С и давала низкий выход конечного продукта. Однако Шарплесс и Фокин открыли катализатор – Cu(I). В результате реакция стала проходить в водной среде почти мгновенно, как бы «по щелчку» (отсюда и название «клик-химия»). Сейчас уже известен ряд других «клик-реакций».
