Нобелевский комитет объявил лауреатами премии по химии 2021 года исследователей из Франции и Японии — Анри Кагана и Кэнсо Соаи. Своей наградой ученые отмечены за разработку методов контроля химических процессов, способших направлять реакции в сторону гомохиральности. Как пояснили эксперты в беседе с РБК, данные достижения позволяют глубже понять фундаментальный вопрос естествознания: почему живая материя обладает выраженной асимметрией.
Феномен гомохиральности специалисты описывают как уникальную особенность биологических систем, использующих в своей основе лишь одну «руку» молекул, несмотря на химическую возможность существования обеих форм. Заведующий кафедрой физической химии МФТИ Денис Винник поясняет, что такие пары молекул, называемые энантиомерами, идентичны по составу, но несовместимы в пространстве. Простейшая аналогия — человеческие руки: они являются зеркальными отражениями друг друга, однако левая перчатка не может быть надета на правую руку.
В химическом мире подобные структуры разделяют на L-форму (левую) и D-форму (правую). Биохимик, генетик и микробиолог Игорь Никулин приводит пример с белками, которые в организме человека строятся исключительно из аминокислот левого типа. Другой наглядный пример — молекула карвона: один ее вариант обладает ароматом мяты, в то время как его зеркальный двойник пахнет тмином, поскольку наши обонятельные рецепторы крайне чувствительны к пространственной конфигурации вещества.
Долгое время ученые сталкивались с проблемой: лабораторный синтез аминокислот приводил к получению равной смеси — по 50% каждой формы. При этом сама природа на Земле сделала выбор в пользу только левых структур, что до сих пор остается одной из главных загадок возникновения жизни.
Научный прорыв Кагана и Соаи заключался в поиске способа получения исключительно одного из зеркальных вариантов. Первые успехи в этом направлении продемонстрировал Анри Каган еще в 1986 году, сумев добиться преобладания одной формы в ходе реакции. В дальнейшем Кэнсо Соаи в 2003 году удалось практически реализовать процесс выделения одного энантиомера. По словам Дениса Винника, это стало первым случаем проявления асимметрического автокатализа в органической химии, когда даже минимальный начальный перевес одной формы в ходе циклов увеличивается до чистоты более 99,5%, доказывая, что асимметрия может усиливаться в чисто химической системе без участия биологических факторов.
Несмотря на фундаментальную значимость, эксперты предостерегают от ожидания мгновенного появления новых лекарств на базе этого открытия. Денис Винник отмечает, что метод Соаи пока применим лишь к ограниченному числу соединений. Игорь Никулин также подчеркивает, что хотя гомохиральность не является прямым инструментом создания новых препаратов, понимание принципов хиральности критически важно для фармацевтической отрасли, особенно в вопросах безопасности.
История знает трагические примеры, когда игнорирование зеркальной структуры молекул приводило к катастрофам. Речь идет о препарате талидомид, синтезированном в Германии в 1950-х годах. Это снотворное средство использовалось для борьбы с токсикозом у беременных, однако одна его «рука» оказывала терапевтический эффект, а вторая вызывала тяжелейшие пороки развития плода. Эта трагедия послужила импульсом для ужесточения контроля над лекарствами, включая принятие закона о лекарственных средствах 1968 года в Великобритании и создание специализированных надзорных ведомств.
Поскольку рецепторы в человеческом теле также обладают хиральностью, взаимодействие лекарства с ними напоминает работу ключа в замке. Неправильная конфигурация молекулы может либо оказаться бесполезной, либо спровоцировать опасные побочные эффекты. Таким образом, работа лауреатов Нобелевской премии закладывает фундамент для производства более точных и безопасных медикаментов, одновременно приближая человечество к разгадке того, как именно жизнь выбрала «левую сторону» для своего строительства.
