Нобелевский комитет объявил лауреатами премии по химии 2024 года Анри Кагана из Франции и Кэнсо Соаи из Японии. Ученые удостоены высшей научной награды за разработку методов контроля химических процессов, позволяющих достигать гомохиральности. Их работа дает ключ к пониманию фундаментальной асимметрии живой материи, что имеет колоссальное значение для биологии и медицины.
Суть феномена гомохиральности заключается в уникальной способности живых систем использовать лишь одну из двух зеркальных форм молекул. По словам биохимика, генетика и микробиолога Игоря Никулина, при идентичном химическом составе такие молекулярные пары, называемые энантиомерами, невозможно совместить в пространстве. Денис Винник, возглавляющий кафедру физической химии в МФТИ, сравнивает это с человеческими руками: левая перчатка никогда не подойдет на правую руку, хотя они являются зеркальными отражениями друг друга. В химии принято разделять эти формы на L-типы (левые) и D-типы (правые). Ярким примером служит молекула карвона: одна её зеркальная копия обладает ароматом мяты, в то время как другая пахнет тмином, поскольку наши обонятельные рецепторы работают по принципу точного пространственного соответствия.
Научная ценность достижений лауреатов заключается в решении давней проблемы синтеза. Ранее химики могли создавать аминокислоты в лаборатории, но получали лишь смесь, состоящую из равных долей левых и правых форм. При этом сама жизнь на планете выбрала исключительно левые аминокислоты для построения белков, что остается одной из величайших загадок биологического происхождения.
Путь к управлению этим процессом начался в 1986 году с экспериментов Анри Кагана, которому удалось добиться небольшого преобладания одной формы в ходе реакции. Позднее Кэнсо Соаи развил этот успех, и в 2003 году ему удалось практически реализовать синтез чистого энантиомера. Денис Винник поясняет, что через серию циклов даже минимальный начальный перекос в сторону одной молекулы может усилиться до уровня чистоты свыше 99,5%. Это стало первым доказательством того, что асимметричный автокатализ возможен в чисто химической среде без вмешательства биологических механизмов.
Несмотря на фундаментальный характер открытия, оно не означает мгновенного появления новых лекарств, так как методика Кэнсо Соаи пока применима лишь к ограниченному кругу соединений. Однако для индустрии лекарственных препаратов понимание хиральности является критически важным. Игорь Никулин напоминает об исторической трагедии, связанной с препаратом талидомидом. В 1950-х годах это снотворное, синтезированное в Германии, использовалось для борьбы с токсикозом у беременных. Одной зеркальной формой препарата помогали снять тошноту, но другая форма вызывала тяжелейшие пороки развития у плода. Эта катастрофа привела к ужесточению контроля над лекарствами и созданию специальных надзорных органов, таких как британский комитет по безопасности лекарственных средств.
Поскольку рецепторы человеческого организма также обладают хиральностью, действующее вещество должно взаимодействовать с ними как ключ с соответствующим замком. Использование «неправильной» формы молекулы может привести к отсутствию терапевтического эффекта или к опасным побочным реакциям. Таким образом, работы Анри Кагана и Кэнсо Соаи закладывают основу для производства более точных и безопасных медикаментов, позволяя фармацевтическим компаниям синтезировать исключительно нужную конфигурацию молекул.
