Нобелевская неделя открыла человечеству инновации, формирующие будущее

Есть легенда, что в лабораторию к "отцу" электричества Фарадею пришла английская королева и спросила, зачем он проводит свои эксперименты. "Мадам, когда-то из этого изобретения вы будете получать налоги", - ответил исследователь. В те времена он удовлетворял свое любопытство за собственный счет. Сегодня наука делает это за счет государственный. Причем большие суммы вкладываются, на первый взгляд, в совершенно далекие от реальных потребностей исследования "в пробирке".

Что выйдет из этой пробирки, чаще всего не знает никто, в том числе и сами ученые. Хотя они-то прекрасно знают, что отрицательный результат не менее важен, чем положительный. Он отсевает неверные пути к истине. Знаменитый физик, лауреат Нобелевской премии Нильс Бор даже сформулировал принцип прорывных идей, которые открыли совершенно новые направления в науке: "Эта идея недостаточно сумасшедшая, чтобы быть верной".

Весь опыт науки учит: сумасшедшие идеи потом превращаются в масштабные инновации, открывают новые рынки. Нобелевская премия в области физиологии и медицины 2018 года присуждена профессору Техасского университета Джеймсу Эллисону и профессору Киотского университета Тасуку Хондзе за новые методы лечения рака. Как известно, главный защитник организма в борьбе с любыми угрозами здоровью - это иммунитет. Если появляются зачатки опухолей, он тут же включается в борьбу, распознает врага и подавляет.

Но опухоль коварна. Она может "взломать" иммунную систему и начать развиваться. Как? Этот механизм и показали в своих работах лауреаты. Оказалось, что опухоль может выделять вещества, которые делают ее невидимой для иммунитета, блокируя его работу. Разобравшись в этой уловке, ученые поняли, как можно снизить активность опухоли, чтобы иммунитет мог успешно с ней бороться. Это стало прорывом в онкологии, открыло принципиально новые методы лечения опасной болезни. На основании их исследований были разработаны лекарства, которые подавляют активность опухоли, активируют иммунитет для работы в привычном для него режиме.

- Важность этого открытия трудно недооценить, - сказал "РГ" главный онколог Минздрава России академик Андрей Каприн. - Сейчас происходит смена подходов к борьбе с раком. Во многих случаях хирургическое лечение заменяется на химиотерапию в комбинации с иммунотерапией. В Национальном медицинском исследовательском центре радиологии уже применяются методы иммунотерапии с активацией противоопухолевых функций иммунной системы пациента.

Лауреатами премии по физике стали трое ученых. Артур Ашкин награжден за создание оптических пинцетов, Жерар Муру и Донна Стрикленд - за разработку ультракоротких световых импульсов очень высокой интенсивности.

- Говоря образно, Муру и Стрикленд создали световую "пулю", - сказал "РГ" директор Физического института РАН, член-корреспондент РАН Николай Колачевский. - Речь идет об фемтосекундных импульсах длительностью 10 в минус 15-й степени секунды. В принципе такие лазеры известны давно, но у них слабая интенсивность. Ведущие лаборатории мира бились над тем, как ее повысить. Это могло открыть совершенно новые возможности в самых разных сферах, дать новые инструменты для фундаментальных исследований.

В принципе ученым было понятно, как создать ультракороткий импульс огромной интенсивности, сосредоточив в нем энергию нескольких АЭС. Но что делать с такой "суперпулей"? Ведь последовательность столько мощных "выстрелов" просто разрушит и сам лазер, и среду, с которой он должен работать.

- Муру и Стрикленд предложили очень неожиданный и оригинальный метод, - пояснил Колачевский. - Он состоит из нескольких этапов. Сначала мощный импульс сильно растягивают по времени, и тогда его мощность резко падает. Затем его направляют в рабочую среду, и уже в ней вновь усиливают до нужной интенсивности. После всех этих манипуляций сжимают до фемтосекунд, усиливая в тысячи раз. Для такой "механики" ученые применили набор различных изощренных инструментов.

Сегодня метод получения ультракоротких высокоинтенсивных импульсов стал классикой. На его основе создаются лазерные ускорители, которые обещают неожиданные открытия в изучении вещества, в том числе и в экстремальных состояниях. Например, такие работы ведутся в Объединенном институте высоких температур РАН под руководством академика Владимира Фортова. Кстати, Жерар Муру предложил с помощью своих лазеров бороться с космическим мусором. Сейчас эта идея уже серьезно рассматривается специалистами.

Впервые об оптическом пинцете мир узнал в 1987 году, когда американец Артур Ашкин с помощью лазерного луча зафиксировал живую бактерию, не нанося ей вреда. Это инструмент, позволяющий захватывать и с огромной точностью манипулировать микроскопическими объектами. Чуткие лазерные "пальцы" способны оперировать не только с частицами, атомами и молекулами, но и с вирусами, бактериями и даже живыми клетками, не повреждая их. По словам Колачевского, оптические пинцеты Ашкина создали уникальные возможности для наблюдения и управления механизмами жизни. Они стали одним из главных инструментов в нанотехнологиях, когда надо манипулировать наночастицами - например, пересадить их в определенное место в микросхеме, собирать из них объемные структуры. Сейчас с их помощью исследуют структуру и работу белков, свойства спирали ДНК, микропотоки частиц в клетках.

Лауреатами премии по химии стали трое ученых. Это профессор Технологического института в Пасадене Фрэнсис Арнольд - за работы по эволюции ферментов, профессор Университете штата Миссури Джордж Смит и профессор Кембриджского университета сэр Грегори Винтер - за создание так называемого фагового дисплея для синтеза белков и новых фармацевтических, в том числе противораковых препаратов.

Суть работы Фрэнсис Арнольд эксперты премии назвали "революцией в эволюции". Законы естественного отбора, открытые Дарвином и действующие миллионы лет в природе, Арнольд сумела сжать в пробирке до нескольких часов.

- В каждом организме есть системы защиты, которые помогают ему выживать в самых сложных условиях, блокировать случайные мутации, поддерживая себя в стабильном состоянии, - рассказал "РГ" профессор МГУ Владимир Тишков. - А Фрэнсис Арнольд в экспериментах с ферментами, которые являются большими белковыми молекулами, фактически открыла все замки защиты. Она использовала полимеразную цепную реакцию (ПЦР), которая умножает число копий ДНК.

Смит и Винтер создали фаговый дисплей, который позволяет получать на основе мутантных генов набор мутантных белков, в том числе и ферментов, с заданными свойствами. Один из самых ярких и простых примеров, по словам Тишкова, - производство "умных" стиральных порошков. Они удаляют с вещей различные примеси за счет введенных в их состав специальных ферментов, которые получены с помощью тех самых методов, разработанных лауреатами.

Сегодня разработки Арнольд, Смита и Винтера массово применяются в самых разных областях промышленности и медицины. С их помощью создаются новые катализаторы для химии, они позволяют сделать производства более экологичным, применяются в фармацевтике для получения новых лекарств, в том числе и противораковых, а также в производстве возобновляемых видов топлива.