От генетического прошлого до лекарства для экономики

Шведская королевская академия наук в очередной раз подвела итоги деятельности ученых, отметив наиболее яркие проявления научной мысли.

 

Эволюция человека

Шведский ученый Сванте Паабо стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине. Паабо занимался сравнительным исследованием генома современного человека и наших ближайших, давно вымерших родственных видов – неандертальцев и денисовцев. Исследования показали, что Homo sapiens смешались с указанными видами. «Это древнее перетекание генов имеет сегодня большое физиологическое значение для современного человека. Это проявляется, например, в том, как наша иммунная система реагирует на инфекцию», – подчеркнули члены Hобелевского комитета.

Лауреат премии также учредил новую научную дисциплину – палеогеномику. Его разработки позволили уяснить, как генетические последовательности вымерших родственников человека влияют на физиологию современных людей.

В середине 1980-х Паабо оказался первым, кому удалось извлечь ДНК из мумий. Успешный эксперимент подтолкнул ученого к тому, чтобы еще дальше заглянуть в генетическое прошлое человека – на десятки тысяч лет. Но вскоре Паабо осознал, что это довольно непростая задача, поскольку со временем у ДНК происходят химические изменения и она распадается на короткие фрагменты. Спустя тысячи лет от нее остаются лишь следы, причем сильно загрязненные ДНК бактерий и современных людей. Долгие годы шел поиск способов получения точных генетических данных далеких предков человека.

В 1990-х Паабо стал проводить анализ ДНК из митохондрий неандертальцев. В митохондриальном геноме содержится только небольшая часть генетической информации в клетке, но геном присутствует в тысячах копий, поэтому шансы на успех возрастают. Первый в истории фрагмент генома неандертальца Паабо смог установить, исследуя последовательность участка митохондриальной ДНК из куска кости возрастом 40 тыс. лет. Дальнейшие исследования показали, что неандертальцы генетически отличались от человека и шимпанзе.

В 1997 г. в Лейпциге появился Институт эволюционной антропологии Общества Макса Планка, в котором Паабо возглавил отделение эволюционной генетики. Там ученые под руководством будущего нобелевского лауреата смогли получить первый относительно полный геном неандертальца. Расшифровки около 63% генома оказалось достаточно для того, чтобы выяснить: неандертальцы не могли усваивать лактозу, а последний их общий с современными людьми предок жил около 800 тыс. лет назад.

При участии Паабо провели секвенирование генома «денисовцев», вымершей ветви Нomo, отличной и от человека современного, и от неандертальца, хотя и родственной им. В 2012 г. журнал Science назвал эту работу второй по значимости после обнаружения бозона Хиггса.

Квантовые вычисления

Ален Аспе (Университет Париж-Сакле), Джон Клаузер (исследовательская компания J. F. Clauser & Associates) и Антон Цайлингер (Венский университет) удостоены Нобелевской премии по физике «за эксперименты в области квантовой запутанности, за изучение нарушений неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике».

Член Нобелевского комитета Ева Олссон сказала: «Квантовая информатика – динамичная и быстрорастущая область. Потенциально она может найти широкое применение в таких сферах, как безопасная передача информации или квантовые вычисления. Ее основы можно найти в квантовой механике. Вычисления при помощи квантовой информатики открыли дверь в другой мир, а также встряхнули наши базовые представления об интерпретации измерений».

Квантовая запутанность возникает в тот момент, когда две или более частицы становятся связанными между собой. Тогда то, что происходит с одной частицей, сразу же влияет на другую, несмотря на расстояние между ними.

Исследования ученых помогли существенно продвинуться в понимании квантовой запутанности и того, как можно применить ее в прикладных целях. Этот феномен лежит в основе современных квантовых технологий и, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи. В этом случае начисто исключается возможность незаметной «прослушки».

Джон Клаузер развил идеи Белла и провел эксперимент, который явно нарушил неравенство Белла. Однако некоторые вопросы всё еще оставались. Были «лазейки», с помощью которых потенциальный оппонент мог подвергнуть сомнению полученные результаты: что, если экспериментальная установка каким-то образом выбрала частицы, у которых оказалась сильная корреляция, и не обнаружила другие? Ален Аспе разработал установку, закрывшую важнейшую лазейку. Его эксперимент дал очень четкий результат: квантовая механика верна, и скрытых переменных нет. Заслуга Антона Цайлингера в том, что его исследовательская группа продемонстрировала явление, называемое квантовой телепортацией. С его помощью можно перемещать на расстоянии квантовое состояние от одной частицы к другой. Это единственный способ передать квантовую информацию из одной системы в другую без потери какой-либо ее части, что является важной составляющей будущих информационных технологий.

 

Построение сложных молекул

Американка Кэролин Р. Бертоцци, датчанин Мортен Мелдал и американец Барри Шарплесс удостоились Нобелевской премии по химии за свою работу, результатом которой стал их «блестящий инструмент для построения молекул».

Трое ученых получили награду за разработку клик-химии и биоортогональной химии, что «революционизировало представления химиков о соединении молекул друг с другом».

Клик-химия представляет собой набор реакций, позволяющий быстро и надежно получать сложные молекулы из ранее несоединяемых веществ. Развитие этой области может принести пользу фармацевтической промышленности.

Уже давно химики старались создавать всё более сложные молекулы. Например, в фармацевтике такая наработка необходима для искусственного воссоздания естественных молекул с лекарственными свойствами. Исследования в этой области дали возможность получить множество важных молекулярных конструкций, но их производство занимало много времени и обходилось слишком дорого.

Именно Барри Шарплесс в 2000 г. ввел понятие клик-химии. Данная методика позволила синтезировать вещества почти с тeм же совершенством, как это получается в живой природе, когда не возникает побочных продуктов и наблюдается высокая чистота «производства». Клик-химия задумывалась как подражание природе, в которой соединения тоже образуются из модульных элементов. Новая методика стала пригодна для повсеместного применения – от биохимии до материаловедения.

Независимо друг от друга Шарп­лесс и Мелдал разработали реакцию, ставшую ключевой для клик-химии, – катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Эта реакция позволила быстро и просто получать триазолы. В медицине производные таких веществ применяли в качестве антибиотиков, нейролептиков, обезболивающих и гипотензивных препаратов. В промышленности – для производства гербицидов, антикоррозийных средств, оптических отбеливателей, пластификаторов и в других целяx.

Благодаря Бертоцци клик-химия вышла на новый уровень. Ученая разработала реакции, которые могут протекать внутри живых организмов, не нарушая химический состав клетки и не мешая естественным биохимческим процессам. Такие реакции названы биоортогональными. Используя их, исследователи, в частности, улучшили таргетирование лекарств от рака. Сейчас препараты, разработанные при помощи такой методики, проходят клинические испытания.

 

Великих депрессий не будет

Нобелевская премия по экономике присуждена экс-главе Федеральной резервной системы США (ФРС) Бену Бернанке и экономистам Дугласу Даймонду и Филиппу Дивбигу. Их исследования помогли преодолеть глобальный финансовый кризис 2008 г.

Рыночную систему часто критикуют за неспособность противостоять экономическим кризисам. В развитых странах рецессии неизбежны и происходят каждые несколько лет. Самым страшным кризисом была продолжавшаяся десятилетие Великая депрессия 1930-х гг. Только за ее первые три года почти половина банков США потерпели крах. Это привело к безработице, cпадy производства, стагнации и распространению кризиса во всем мире.

Для того чтобы повторение такого сценария оказалось невозможным, ученые исследуют причины и последствия того кризиса. Сделанные выводы помогают странам быстрее справляться с рецессиями и выходить из них с меньшими экономическими потерями.

Ранее считали, что банкротство банков – это следствие Великой депрессии, а не причина, поэтому какое-то время правительства не фокусировались на обеспечении устойчивости банковской системы. Но новые лауреаты Нобелевской премии по экономике долго убеждали, что именно падение банков является ключевой проблемой во время рецессии. Крах банковской системы усугубляет кризис и растягивает его на долгие годы. А вот ее стабильность способна вернуть экономику в стадию роста. Идея о важности банков подтверждалась в последние мировые кризисы. Исследования Бернанке, Даймонда и Девбига имеют особое значение и сейчас, когда мир стоит на пороге новой рецессии.

Бен Шалом Бернанке родился 13 декабря 1953 г. в городе Аугуста (США, штат Джорджия) в ортодоксальной еврейской семье. Его дед и бабушка по отцовской линии родом из Борислава (ныне Украина). Они эмигрировали в США из Перемышля (Польша) в 1921 г. Дед по материнской линии, Харольд Фридман, исполнял обязанности синагогального кантора и резника.

Уже в детстве Бернанке проявлял разносторонние и неординарные способности. Он совершенствовал знание математики, изучая статистические данные бейсбола. Когда ему было 11 лет, Бернанке выиграл орфографическое соревнование штата. В средней школе он был редактором школьной газеты и, как выдающийся ученик, выступил с заключительной речью на школьном выпускном вечере. Бернанке поступил в Гарвардский университет, хотя сначала его родители не хотели, чтобы он там учился. Они опасались, что его увлекут студенческие протесты и сын потеряет связь с иудаизмом, но их опасения не подтвердились.

 

Сергей ГАВРИЛОВ