Лауреат Нобелевской премии по химии, профессор Страсбургского университета Жан-Пьер Соваж выступил на Фестивале NAUKA 0+.
Под руководством Нобелевского лауреата Жан-Мари Лена Соваж защитил докторскую диссертацию, а в 2016 вместе с Бернардом Ферингой и Фрезером Стоддартом получил собственную Нобелевскую премию «за проектирование и синтез молекулярных машин». Благодаря их проекту стало возможным управлять движением молекул, что открывает множество новых возможностей как в медицине, например, при доставке лекарств в строго заданное место в организме, так и в других науках.
Жан-Пьер Соваж рассказал о начале работы исследовательской группы: «Мы начали нашу работу много-много лет назад, группа образовалась в 80-х годах прошлого века. В то время нас интересовало несколько научных направлений: мы работали в области гомогенного катализа, электро-каталитического сокращения CO2. Нужно также сказать, что эта была очень успешная работа. Так же органическая химия, мы экспериментировали с различными медными комплексами и нас, конечно же, также интересовал и искусственный фотосинтез».
Группа молодых учёных пыталась пробиться в науке, они начали с неорганической фотохимии. Тогда они занимались большим проектом, который состоял в химическом анализе воды и её разложением на водород и кислород. Но они столкнулись с рядом научных проблем: реакция была очень трудной. Для расщепления воды использовался рутений, не совсем чистый металл и дорогой. После чего они продолжили работать с катенанами и стратегиями по их созданию.
Из презентации Жан-Пьера Соважа
Учёный пояснил, что такое катенаны и ротаксаны: «Катенаны – взаимопересекающиеся компоненты или циклические соединения, а ротаксаны выглядят схожим образом, также содержат кольца, циклы, соответственно пронизаны осями, насквозь проходит ось и, мы соответственно их знаем уже около 100 лет. Я думаю, что первое письменное упоминание ротаксанов датируется 50-ми годами прошлого столетия в Швейцарии, но синтез этих молекул оказался очень трудным и эта трудность, на самом деле, полностью отвращала химическое сообщество от работы над этими соединениями. Итак нужно было предпринять какой-то прорывный шаг».
Группа учёных начала выкристаллизовывать катенановые комплексы, в результате чего получила металлическую оболочку и свободные катенаны. Это было началом, истоком молекулярной машины, но ещё не было молекулярной машиной. Учёные смогли показать то, что достаточно крупные молекулы можно передвигать. Затем они модернизировали метод и в результате оказалось, что молекулы любой органическо-химической группы могут производить катенаны достаточно просто. Учёный перечислил людей, которые также занимались синтезом катенанов, он пояснил, что в середине 90-х годов эта область стала развиваться очень стремительно.
Из презентации Жан-Пьера Соважа
«Мы также работали над химической топологией на уровне молекулы, в частности, мы стали создавать многокатенантные структуры от 3-х до 7 катенанов в одной структуре. Нас интересовали узловые структуры, узловое кольцо. Это, действительно, было научным вызовом. Мы смогли создать эту узловую структуру в конце 80-х годов. И ещё одна конкурирующая группа добилась такого успеха в начале 90-х годов. Нужно сказать, что это породило новые направления работы, потому что несколько рабочих групп прекрасно справились с задачей», - говорит Жан-Пьер Соваж.
Затем учёным пришла идея научиться контролировать движение молекул: «Вы знаете, что существуют миллионы синтетических молекул, большинство из них, 99,9%, считаются статическими объектами. Да, безусловно, они двигаются рандомно, они вибрируют, они соответственно приходят в движение, но нужно сказать, что такие движения стохастические, их движения случайны, их движения нельзя контролировать. Но в биологии фазы совсем противоположны, наблюдается контролируемое молекулярное движение и это важно».
Шагающий белок кинезин. Из презентации Жан-Пьера Соважа
Учёный продемонстрировал в видео две биологические машины, АТФ-синтазу и «шагающий белок» кинезин: «В клетке человека есть шагающие белки кинезины, их основная задача – передвигать или переносить молекулы из одного места в другое. Кинезин – моторный или двигательный белок. Вы видите, как шагает кинезин, а на плечах он несёт огромную молекулу, это органелла. Органелла перемещается на большое расстояние в клетке, при этом органелла может быть по размерам всего лишь один микрон. Органелла цепляется к кинезину, кинезин очень быстро передвигается, можно сказать практически бежит со скоростью 1 микрон за 1 секунду, это очень-очень быстрое движение». Это удивительное действие подтолкнуло учёных к синтезу молекулярных машин, в этом как раз помогли катенаны и ротаксаны, которые по словам учёного, являются идеальными для воспроизведения моторно-двигательной системы.
Благодаря изучению принципов движений в биологии учёные смогли создать быстродвижущуюся молекулу. На это исследование ушло множество лет, каждое новое исследование позволяло всё больше и больше усовершенствовать молекулярную машину. В одной из последних разработок исследовательская группа создала ротаксан, который делает пируэты: «Это пятое поколение молекулярных машин, то есть движение занимает уже не микро, а милисекунды. Как вы видите, это значительная доработка нашего первого качающегося или осциллирующего катенана. Это самые наши последние разработки – молекулы, которые двигаются очень-очень быстро», - говорит Жан-Пьер Соваж.
В конце доклада желающие смогли задать свои вопросы Нобелевскому лауреату, а сам учёный дал несколько напутственных слов молодым учёным. «Я хотел бы также поделиться с вами несколькими комментариями для молодых учёных, особенно для студентов, которые в один день когда-нибудь могут стать руководителем научных групп, возглавить исследование. Должен сказать, что новизна и новаторство самое важное. Дальше необходимо взаимодействовать с другими учёными, потому что это ключевой элемент вашего исследования, вашего творческого задела. Будьте готовы к встрече с другими людьми, старайтесь слушать их, сами что-то говорить, доверяйте молодым учёным, если вы действительно работаете в группе. Если вы уже состоявшийся учёный, доверяйте молодым учёным. Они могут вас поразить своим творческим потенциалом. И, может быть самый важный момент для моей команды: не нужно бояться перепрыгивать с одной области исследования, с которой вы знакомы, на другую область исследования. Это может вам послужить на пользу дальше. Если у вас есть какие-то сомнения, делать или не делать: не задумывайтесь, делайте! Если вы потерпите неудачу, ничего страшного! И также очень важно понятие внезапной удачи, что по-английски называется как “serendipity”, то есть вас внезапно что-то озаряет, и внезапно какое-то наблюдение приведёт к прорывным открытиям. Существует несколько Нобелевских лауреатов, которые достигли того, чего они достигли за счёт такого внезапного озарения».
Приглашаем к просмотру доклада:
