Загадка гомохиральности. Чем важна фармацевтике Нобелевка по химии
Проблему синтезирования одной из двух «зеркальных» молекул, что природа делает сама, не могли решить давно. Именно за этот прорыв дали Нобелевку. Открытие лауреатов поможет в том числе в создании более эффективных лекарств
Нобелевскую премию по химии 2026 года вручили ученым из Франции и Японии Анри Кагану и Кэнсо Соаи «за открытия, которые позволили управлять химическими реакциями, приводящими к гомохиральности». Они сумели разобраться в одном из самых важных вопросов естествознания — асимметрии живой материи, говорят опрошенные РБК ученые. В чем суть достижений Кагана и Соаи и что это значит для науки и медицины — в нашем материале.
Что такое гомохиральность и «зеркальные» молекулы
Гомохиральность — «удивительное свойство живой природы» использовать только одну «руку» молекул, хотя химически возможны обе, рассказал биохимик, генетик, микробиолог Игорь Никулин. Состав и порядок у этих молекул одинаковые, но совместить их в пространстве нельзя. Эти пары называют «зеркальными» вариантами, или энантиомерами, добавляет заведующий кафедрой физической химии МФТИ Денис Винник.
«Представьте ваши руки. Они — зеркальные отражения друг друга, но их нельзя наложить одну на другую — как левая перчатка не налезет на правую руку. Так и многие молекулы существуют в двух формах, как правая и левая рука. В химии их называют L-форма (левая) и D-форма (правая). Гомохиральность — это когда система использует только одну из этих форм. Например, все белки в вашем теле построены исключительно из L-аминокислот», — объясняет Никулин.
Еще один пример, который приводит уже Винник, — карвон. Одна его форма пахнет мятой, а «зеркальная» — тмином. «Обонятельные рецепторы различают их так же, как перчатка подходит только к своей руке», — отмечает эксперт.
По словам Никулина, химики ранее могли синтезировать аминокислоты в лаборатории, но тогда они получаются в виде смеси: 50% левых и 50% правых. Однако жизнь на Земле выбрала только левые. «Почему» Это и есть главная загадка происхождения жизни», — указывает Никулин.
Суть научного открытия
Как отмечают в пресс-релизе Нобелевского комитета, Каган и Соаи в рамках своих экспериментов стремились путем проведения химических реакций получить только один из «зеркальных» вариантов молекул, поскольку, например, применительно к фармацевтике требуется тот энантиомер, который имеет желательный эффект.
Первый шаг сделал Каган в 1986 году, когда ему удалось увеличить долю одной из «зеркальных» молекул по итогам химической реакции. Опыты продолжал Соаи, у которого в 2003-м получилось практическим путем вывести только один из двух энантиомеров. Такого результата, помимо природы, до этого момента никто не смог достичь.
«За несколько последовательных циклов исходный перевес одной из форм, даже ничтожно малый, усиливается до энантиомерной чистоты выше 99,5%. Это первый пример асимметрического автокатализа в органической реакции и убедительное доказательство того, что асимметрия может самоусиливаться в чисто химической системе, без участия биологии», — комментирует Винник.
Практическое значение для науки
Достижение француза и японца, ставших лауреатами Нобелевки, важно для понимания происхождения жизни и для промышленной химии, прежде всего для фармацевтики, объясняет Винник. Но не стоит ждать, что завтра появится «нобелевская таблетка» — реакция Соаи работает на узком классе соединений, говорит он.
С ним соглашается Никулин. Гомохиральность — это фундаментальное знание, но напрямую «лекарств от болезней» на его основе не создают. Однако понимание хиральности критически важно для фармацевтики, указывает он. Открытие, удостоенное Нобелевской премии, важно с точки зрения развития производства безопасных для человека препаратов.
«Яркий исторический пример — талидомид (седативное снотворное лекарственное средство. — РБК). Одна «рука» этого препарата помогала при токсикозе беременных, а другая — вызывала тяжелые врожденные дефекты. Понимание хиральности заставляет фармкомпании синтезировать только «правильную» форму», — подчеркивает Никулин.
Препарат талидомид был синтезирован в Германии в 1950-х, его протестировали на животных (но не на беременных особях) и начали применять на Западе в качестве средства, подавляющего утреннюю тошноту у беременных женщин. Запрет на применение ввели после того, как выяснилось, что лекарство является причиной рождения детей с недоразвитыми руками и ногами, а также с другими пороками развития.
Побочные эффекты, вызванные талидомидом, стали поводом для создания специальных ведомств по проверке лекарств, в том числе комитета по безопасности лекарственных средств, и закона о лекарствах 1968 года в Великобритании.
Рецепторы в теле человека тоже хиральны, продолжает Никулин. Лекарство подходит к ним как ключ к замку. «Неправильная» рука может просто не работать или вызывать побочные эффекты, поясняет он. Понимание гомохиральности — разгадка того, как жизнь выбрала «левую руку» для строительства белков. Это знание лежит в основе современной фармацевтики, делая лекарства безопаснее и точнее, заключает Никулин.