Химия без ортодоксии

7Московский физико-технический институт (МФТИ) в последнее время серьезно «увлекся» науками о живом. 29−30 мая там прошла IV Международная конференция ФизтехБио, где выступили не только два лауреата Нобелевской премии по химии — Майкл Левитт и Роберт Хубер, но и ученый, на это звание серьезно претендующий — Валерий Фокин, профессор престижного Института Скриппса в Калифорнии (Scripps Research Institute), один из лучших химиков десятилетия по версии Thomson Reuters, с прошлого года заведующий в МФТИ лабораторией химического синтеза и катализа, которая была открыта на средства мегагранта российского правительства. Корреспондент ТрВ-Наука Алексей Паевский побеседовал с ученым о химии и жизни.

— Расскажите, как вы пришли в медицинскую химию?

— По образованию я химик-органик, но мне всегда была интересна область науки на стыке химии, биологии и медицины, еще со школьных времен. В то время лекарств было значительно меньше: толстый том с мелким шрифтом, который сейчас называется «Справочником фармацевтических препаратов», буквально 20−25 лет назад умещался в тонкой книжке. Как они работали, описано было далеко не всегда, и для меня было это удивительно: мне казалось, что все уже должны были всё знать. Оказалось, всё не так просто и очевидно.

Как ученый я начал с органического синтеза, в частности, моя диссертация была посвящена получению соединений с противовоспалительными свойствами. Когда я начал независимую карьеру, было интересно плыть немного против течения. Понимаете, в последние годы наука становилась всё сложнее: мы вдавались в детали, лучше понимали каскады биохимических реакций, которые проходят в живых организмах, и появилась мантра: сложные проблемы требуют сложных решений. А мне кажется, что далеко не всегда решение сложных задач требует сложных и неочевидных решений. Иногда подходы, которые поначалу нам кажутся слишком простыми, оказываются наиболее эффективными. В этом и интерес — понять, каким образом мы можем влиять на химические и биологические процессы. Такими исследованиями и занимается моя лаборатория: как собрать молекулы с заданными свойствами из достаточно несложных и доступных блоков, А и В. А в идеале хотелось бы получить возможность наблюдать за химическими и биологическими процессами в реальном времени прямо в организме, если не своими глазами, то хотя бы «глазами» молекулярных репортеров, которых мы засылаем в организм.

— Каким образом?

— Один из вариантов — использовать ту химию, которая природе незнакома. Все процессы в природе обычно обратимы: мало какие реакции проходят только в одном направлении. У нас же есть возможность использовать совершенно другие молекулы или функциональные группы, которые мы синтезируем своими руками. Они природе неизвестны, поэтому для нее они «прозрачны» или ортогональны, в химическом смысле этого слова. Они существуют в плоскости, которая природе «безразлична». Поэтому такая химия часто называется биоортогональной.

Внедряя такие молекулярные репортеры в белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды — любые молекулы жизни, мы получаем возможность за ними наблюдать. Идея использования таких биоортогональных групп, как видите, достаточно проста (и исследования в этой области начались задолго до нашей работы).

Конференция ФизтехБио
Конференция ФизтехБио

А вот дальше начинается глубокая серьезная химия: нужно понять, какие молекулы отвечают этим требованиям и каким образом мы можем их использовать, вводя в биологические материалы, и, самое главное, как мы можем на них провести химические реакции. Хотя, на первый взгляд, одна из реакций, которая сейчас широко используется в этой области, очень проста — это медный купорос, аскорбиновая кислота и два реагирующих азида и ацетилена.

— Как возникла идея открыть лабораторию именно в МФТИ?

— Химические науки не были основным направлением образовательной и исследовательской деятельности Физтеха, хотя тут всегда были кафедры, посвященные химии. Движение же в направлении изучения живых систем достаточно очевидно в последнее время, оно происходит во всём образовании — хотя бы потому, что эта область знаний всё еще очень эмпирична, несмотря на стремительное развитие фармацевтической промышленности и методов медицинской диагностики. Некоторые болезни мы научились лечить хорошо, многие — методом тыка. И химия здесь играет абсолютно ключевую роль, потому что «строительство» молекул — малых, больших, биопрепаратов на основе белков и нуклеиновых кислот, синтетических вакцин — требует надежных химических реакций. Как для исследований, так и для промышленного производства. Химики здесь выступают в роли дизайнеров и молекулярных архитекторов, которые проектируют и гарантированно собирают необходимые молекулы когда и где это нужно, основываясь на понимании молекул «строительных материалов» и требуемых свойств конечного вещества.

Сейчас достаточно хорошо развиты методы компьютерного молекулярного моделирования, и образование в этой области на Физтехе всегда было на передовом крае. В областях, смежных с биомедициной, воплощение таким образом полученных моделей в реальные соединения требует знаний в области химии. Таким образом, развитие химической науки на Физтехе стало необходимостью и было с энтузиазмом поддержано администрацией вуза.

Майкл Левитт (родился в 1947) — лауреат Нобелевской премии 2013 года за компьютерное моделирование химических систем
Майкл Левитт (родился в 1947) — лауреат Нобелевской премии 2013 года за компьютерное моделирование химических систем

- Чем Физтех привлек лично Вас?

— Я оказался здесь в первый раз зимой 2012 года. Тогда еще не было четкого плана и конкретной финансовой поддержки, но был очевидный интерес и идеи сотрудничества. Мне посчастливилось встретиться тогда со студентами и абитуриентами — старшеклассниками Физтех-Лицея. И эти ребята с таким неподдельным интересом и непосредственностью слушали нас, что именно их горящие глаза меня и воодушевили. Я прекрасно понимал, что базы для химических исследований как таковой здесь еще не было. Но я знал, что есть поддержка БиоФармкластера, Исследовательского института химического разнообразия, есть заинтересованность самого Физтеха. И решил организовать лабораторию именно здесь. Плюс возможность начать с нуля — это некий вызов и возможность самому воплотить свое видение в той форме, которую ты считаешь нужной. Так что это была авантюра, но в хорошем смысле слова. Хочу сказать, что немного здорового авантюризма в науке должно быть всегда: если не рисковать и делать очевидную (читай: скучную) науку, больших открытий не сделаешь.

— Какие научные задачи лаборатория решает сейчас?

— Сейчас мы находимся на стадии становления — синтеза тех «кирпичиков», из которых мы будем собирать наши биологически интересные соединения. Сейчас мои коллеги занимаются химическим синтезом соединений, которые содержат ортогональные группы — это азиды и ацетилены, новые циклические молекулы, которые будут полезны для получения лигандов. Один из проектов включает тесное взаимодействие с лабораториями Бюльдта и Черезова: они занимаются исследованиями рецепторов мембранных белков — так называемых GPCR-рецепторов, сопряженных с G-белками (за открытие в этой области в позапрошлом году Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка получили Нобелевскую премию по химии). Для установления структуры белков их нужно закристаллизовать, а это — очень сложный процесс. Для этого проводят скрининг — кристаллизуют сразу в большом количестве различных условий. Мы, в свою очередь, синтезируем молекулы, которые могли бы, связываясь с этим белком-рецептором, стабилизировать его, чтобы сделать возможным изучение его кристаллической структуры. А это — важная фундаментальная и прикладная задача. Например, входящие в этот класс эндотелиновые рецепторы регулируют расширение и сужение кровеносных сосудов и давление, а лейкотриеновые рецепторы — аллергические реакции и воспалительные процессы. Они вовлечены как в нормальные физиологические, так и в патологические процессы — иммунные заболевания, различного рода воспаления, астму. Установление структуры рецептора позволит «включать» и «выключать» его работу, подобрав подходящие антагонисты и агонисты. Это всего лишь один пример. В целом мы надеемся создать достаточно универсальную химическую платформу, которая позволит изучать сложные биологические процессы, играющие роль в различных заболеваниях.

Роберт Хубер (родился в 1937) — лауреат Нобелевской премии 1988 года за установление трехмерной структуры фотосинтетического реакционного центра
Роберт Хубер (родился в 1937) — лауреат Нобелевской премии 1988 года за установление трехмерной структуры фотосинтетического реакционного центра

— Как вы видите будущую работу коллектива?

— Мне хотелось бы, чтобы через три-четыре года на Физтехе возник сильный и независимый научный коллектив, готовый к разработке и использованию неортодоксальных химический подходов к решению различного спектра задач. Это было бы задачей максимум — достичь понимания, что решение современных многогранных задач невозможно «вертикальными» методами, когда идеи исходят только от руководителя. Они должны рождаться у самих исследователей, которые должны иметь академическую свободу и не бояться пробовать, проявлять инициативу, ошибаться, и даже с треском проваливаться только для того, чтобы попробовать что-то еще. Мы должны уйти от планирования в стиле «Вот наш план на год, а на этой неделе вы должны сделать эту, эту и вот эту реакцию, а если не получается — то вот эту». Такой подход мало к чему приведет, потому что он не открывает креативные способности каждого студента, аспиранта и даже остепененного научного сотрудника. Если мы сможем создать такую атмосферу, решение многих задач будет нам по плечу. И уже сейчас, всего через четыре месяца после начала работы, мы отошли от вертикального планирования. Мои коллеги не ждут моего звонка, а работают со своими идеями. Безусловно, мы хотим получить соединения, которые будут использоваться в медицине, но это произойдет только в том случае, если появятся квалифицированные, самостоятельно мыслящие и работающие, слегка авантюрные ученые. А результаты у такого коллектива будут обязательно. Творческое начало — важнейшая часть научного процесса, мы должны вернуть себе детскую непосредственность и жадность в поиске чего-то нового — и не бояться ошибаться.

— Что вы планируете сделать для химического образования в МФТИ?

— Это очень важная задача для нас и наших коллег-химиков — достаточно радикально улучшить химическое образование в МФТИ и понять, какие предметы мы можем предлагать, каким студентам они могут быть полезны и в какой последовательности. Пока это лекции открытого типа, за них никто не получил оценок в зачетку, но скоро такие курсы войдут в образовательную программу МФТИ.

Фото Алексея Паевского

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
2 Цепочка комментария
2 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
3 Авторы комментариев
Максим БорисовArtempaulkorry Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
paulkorry
paulkorry

Блистательный, несомненно, исследователь.
Тем не менее, на общем фоне возникают некоторые вопросы.
Удивительно, что г-ну Фокину удалось создать химическую (тем более органическую) лабораторию в физтехе. Физики обычно очень плохо знают химию и считают химическое знание плебейским. Если некто придет в физический институт и скажет, типа, давайте я у вас возглавлю химическую лабораторию, перед ним просто покрутят пальцем у виска.
И почему, интересно, г-на Фокина нет в elibrary?
Странно как-то все это. Не без чебурашки.

paulkorry
paulkorry

>И почему, интересно, г-на Фокина нет в elibrary?

Исправлюсь — теперь есть, хирш 29.

Artem
Artem

Фотографии Хубера и Левитта перепутали. :)

Максим Борисов
Редактор
Максим Борисов

на сайте поменял

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: