Сегодня - 08.12.2019

Нобель-2015

09 октября 2015
 
На этой неделе стали известны имена большинства нобелевских лауреатов 2015-го года. По традиции сибирские учёные прокомментировали премии по медицине и физике, а также рассказали, о том, какие исследования в этих областях проводятся в России. 
 
О нобелевской премии по физиологии и медицине, которую получили Вильям Кэмпбелл, Сатоши Омура и Юю Ту за открытие новых методов лечения паразитарных инфекций и малярии, рассказал заведующий лабораторией фармакогеномики Института химической биологии и медицины СО РАН кандидат биологических наук Максим Леонидович Филипенко.
«Среди всех нобелевских премий, которые были даны и в этом году, и в предыдущих, эта награда, наверное, наиболее понятна. Основными чертами, которыми её можно охарактеризовать, является трудолюбие, удача и некоторая прозорливость исследователей. И та, и другая работа в первую очередь отличаются не глубокой фундаментальностью, а высоким практическим и социальным значением», — отметил исследователь.
 
Максим Филипенко
 

Юю Ту — первая китайская женщина, которая получила нобелевскую премию.

 
Работа по открытию противопаразитарных лекарств  началась с японской группы под руководствам Сатоши Омуры, которая нашла очень хорошие и продуктивные подходы для культивации стрептомицетов (за эти почвенные бактерии уже присуждалась премия в 52 году — за открытие препарата, в своё время перевернувшего терапию туберкулёза — инфекционного заболевания, которое до сих пор остаётся наиболее летальным и наименее излечимым). Исследовав несколько тысяч бактериальных культур, Сатоши отобрал порядка 50 штаммов, слегка различающихся по структуре и по спектру продуцируемых химических веществ. Но, к сожалению, ему не удалось определить соединения, обладающие противопаразитарной активностью. Был создан консорциум, где участвовала и компания Мерк энд Ко, в составе которой работала группа химиков под руководством Вильяма Кэмболла. Так в течение нескольких лет учёные выявили штамм, наименее токсичный и обладающий антипаразитарной активностью, и выделили комплекс веществ, получивших название авермектины. Модифицировав их,  исследователи создали препарат ивермектин. Он не только революционизировал борьбу с паразитарными инфекциями, но также показал активность против членистоногих (клещей, вшей и так далее). Лекарство было выкинуто на ветеринарный рынок, и в первые годы его продажи превышали миллиард долларов.
 
Затем Вильям Кэмпбелл стал изучать влияние ивермектина на круглых червей, вызывающих инфекционные заболевания у лошадей. Параллельно подобные исследования проводились и для человека. Несмотря на существование на тот момент государственных программ и консорциумов, которые имели достаточно средств для проведения такой работы, она поначалу поддержки не получила. Её первые фазы компания Мерк энд Ко проводила за свои деньги. Однако затем была показана клиническая эффективность именно этого препарата для лечения речной болезни, которая она в те времена поражала сотни миллионов жителей в первую очередь Африканского региона. Этот недуг приводит к слепоте, к разного рода иммунологическим нарушениям. Летальный исход был у миллионов пациентов.
 
Когда ивермектин получил достаточное признание, фирма обозначила, что будет предоставлять его бесплатно для лечения речной болезни, и для государственных программ, направленных на борьбу с этим заболеванием в южно-азиатском и афиканском регионах. «Таким образом, за 10 лет в результате трудолюбия японцев, которые секвенировали около 2 тысяч штаммов, удачи американской группы и хорошего отношения к своим социальным обязанностям фармацевтической компании был разработан препарат, спасший большое количество жизней. Речная болезнь фактически сошла с мировой арены и сейчас детектируется лишь эпизодически», — заключает Максим Филипенко. 
 
Максим Филипенко
 
Другая часть премии имела более сложную историю. Юю Ту  начинала работать во времена Мао Цзэдуна как специалист по традиционной китайской медицине в военной лаборатории, занимающейся, в том числе, разработкой препаратов против малярии. Смертность от этой болезни, по разным оценкам, составляла около миллиона людей в год (надо отметить, что и сейчас, несмотря на имеющиеся методы лечения, по данным ВОЗ, от неё умирает порядка полмиллиона).  Как традиционный китайский терапевт Юю Ту искала спасение в различных травах. Их исследователи отсеквенировали довольно много (в мемуарах Юю Ту упоминается цифра 1600), и в конце концов обратили внимание на однолетнюю полынь — растение, достаточно широко распространенное, в том числе и у нас в России. Основная заслуга этой женщины была в том, что она обратилась к старым китайским текстам. Юю Ту заметила совершенно элементарную вещь: горячий метод экстракции однолетней полыни приводит к её эффективности против малярийной плазмодии. «После 10 лет идентификации самого артемизинина как препарата, в 81-м году появилось средство,  которое до сих пор используется для лечения этой болезни. Оно помогло сократить смертность от малярии примерно на 20-30%. По африканскому региону, по разным оценкам, это 100-150 тысяч людей в год. Забавно, что вручение нобелевской премии совпало с теми годами, когда артемизинина уже не рекомендован сам по себе, потому что для него также начала развиваться резистентность», — говорит Максим Леонидович.
 
«По сути, этими учёными не было предложено каких-то фундаментальных механизмов и блестящих, очень технологически сложных открытий. Это действительно, скорее всего, была удача, трудолюбие и нацеленность на решение большой социальной проблемы, — отмечает исследователь. — Лауреаты вернулись к тому, что завещал Нобель, который говорил, что премия по медицине должна выдаваться за решение практической задачи, имеющей большое социальное значение. И авторы работ, получивших эту награду, с ней справились — количество жизней, которые были спасены в результате выведения класса этих веществ,  совершенно несопоставимо даже с препаратами, использующимися при лечении сердечно-сосудистых заболеваний».
 
«В России, проблемы, которых касаются эти исследования, не так характерны, потому что у нас эти инфекции не столь сильно выражены. Однако здесь актуален описторхоз (который вызывают гельмиты, в просторечии — глисты). Сейчас создан консорциум, в котором участвуют ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и ряд учреждений из Томска, Европы и Таиланда, занимающиеся схожими проблемами, попыткой разработать новые препараты для лечения описторхоза. К сожалению, сказать, что нас ждёт какой-то прорыв, пока сложно, потому что современные работы в области скрининга новых лекарств требуют довольно больших средств и объёмов автоматизации, протоколов», — отмечает Максим Филипенко.
 
Нобелевская премия по физике. Артур Макдональд и Такааки Кадзита. 
 
«Открытие осцилляции нейтрино, безусловно, одно из важнейших открытий за последние двадцать лет в физике частиц. Это крайне значительный шаг в понимании процессов, которые происходят в веществе на фундаментальном уровне», — отмечает заместитель директора Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН член-корреспондент РАН Александр Евгеньевич Бондарь. 
 
Александр Бондарь
 
Как рассказывает ученый, история с нейтрино началась в 1930-м году, когда Вольфганг Паули предложил объяснение странному спектру электронов в бета-распаде радиоактивных ядер. Он выдвинул идею, что есть некая частица, которая получается в результате вышеозначенного процесса — она неуловима, ее не удавалось зарегистрировать ни одним из существовавших тогда методов. Энрико Ферми сформулировавший теорию слабых взаимодействий, дал название: нейтрино. Впервые экспериментально удалось наблюдать его как реальное явление, а не некоторый умозрительный объект в 1955 году: Фредерик Райнес и Клайв Коуэн впервые обнаружили поток нейтрино от ядерных реакторов. 
 
Затем Бруно Понтекорво, известный советско-итальянский физик в 1957-м году написал пионерскую работу о том, что загадочные частицы могут осциллировать. «К тому моменту было уже понятно, что они бывают разные — электронные и мюонные, — объясняет Александр Бондарь. — И Понтекорво предположил: если у них есть масса, пусть даже небольшая, то возможен переход (то есть, осцилляция) одного типа в другой через какой-то временной интервал. Тогда эта идея рассматривалась как экзотическая теория до тех пор, пока Раймонд Дэвис не взялся за эксперимент — попытку зарегистрировать поток нейтрино от Солнца, которое является самым мощным их источником поблизости от Земли. Физик использовал реакцию хлор-аргон: изотоп хлор-37 взаимодействуя с нейтрино, превращается в аргон-37 и электрон. Дэвис построил подземную лабораторию на глубине полтора километра, и впервые измерил количество нейтрино от нашего светила. Однако тут всех ждал сюрприз:  поток оказался в три раза меньше, чем получался по теоретическим расчетам». 
 
В 1985-м году два молодых физика Станислав Михеев и Алексей Смирнов, увлеченные проблемой дефицита солнечных нейтрино, построили теорию распространения этих осциллирующих частиц в веществе, и обнаружили очень красивый эффект: их конверсию. За счет взаимодействия с субстанцией первоначально образовавшаяся электронная разновидность по мере распространения превращается в когерентную смесь: электронных, мюонных и тау-нейтрино.  Иными словами: в потоке, который исследовал Дэвис, были еще два типа, которые специалист не мог регистрировать своим методом. 
 
«Однако это были только признаки того, что нейтрино имеет массу и поэтому осциллирует. Реально процесс не наблюдали», — отмечает Александр Бондарь. 
 

«Нобелевская премия помогает науке, не только отмечая выдающихся людей. Она играет весьма существенную роль в установлении связи между широкой общественностью и исследовательским сообществом. Широкий интерес к лауреатам и их работам помогает создать некий уровень взаимопонимания, особенно это касается тех, кто действует в области фундаментальных направлений и не всегда способны объяснить: а в чем, собственно польза от открытия, оцененного так высоко? Какой прок для народного хозяйства от подтверждения осцилляции нейтрино? Очевидно, что прямой выгоды нет. Однако фундаментальная наука занимается задачами, которые в обыденной жизни никогда бы не встали перед человечеством, и поиск путей к решению таких вопросов порождает новые механизмы и инструменты, почти всегда находящие применение в быту». 

 
В 1998-м году был запущен большой эксперимент: детектор, плюс 50 тысяч тонн воды просматривающихся тридцатью двумя тысячами двадцатидюймовых фотоумножителей. Возникающие электроны или мюоны за счет реакции нейтрино с жидкостью излучают черенковский свет и регистрируются, поэтому можно определить не только факт произошедшего события, но и энергию, и направление движения. 
 
Александр Бондарь
 
«Этот детектор исследовал поток нейтрино от атмосферных частиц, — рассказывает Александр Бондарь. — Когда такой эксперимент провели, то выяснили наличие потока не только сверху, но и снизу, с противоположной стороны Земли. Нейтрино так слабо взаимодействуют с веществом, что планета не ослабляет их прохождения. Если бы ничего не происходило, количество с обеих сторон было бы одинаковым, и у электронной разновидности так и получилось.  А вот с мюонными не сработало: снизу их было меньше примерно в 1,5-2 раза, что невозможно объяснить ничем, кроме осцилляции. Собственно, это и было первое прямое измерение осцилляции мюонных нейтрино: они переходят в тау-нейтрино и перестают регистрироваться.  Именно Такааки Кадзита данный эффект и обнаружил, правда, на предыдущей версии детектора».
 
Однако вернемся к Солнцу. После предыдущего открытия все стали верить в то, что дефицит потока нейтрино от нашего светила действительно объясняется осцилляцией. Тогда, чтобы проверить это напрямую, был придуман эксперимент в лаборатории, построенной в Канаде. «Там тоже были фотоумножители и вода, но не обычная, а тяжелая, — говорит Александр Бондарь, — где в качестве мишени используется дейтерий, то есть, протон и нейтрон. В таком случае возможна реакция с помощью нейтральных токов, когда нейтрино не превращается в электрон, а просто рассеивается, передав часть энергии ядру, и можно померить весь нейтринный поток.  Это измерение было сделано в 2002-м году Артуром Макдональдом с командой, в результате чего физики доказали:  количество наличествующих нейтрино приблизительно в три раза больше, чем только электронных и точно соответствуют расчетам для Солнца».  
 
Что касается российских специалистов, то они, по словам Александра Евгеньевича тоже внесли значительный вклад в изучение открытой несколько десятилетий назад частицы.  В Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН создана установка, где проводятся эксперименты по наблюдению потока солнечных нейтрино в галлий-германиевой реакции. В настоящее время на Байкале создается гигантский нейтринный телескоп: для того, чтобы изучать возможные источники этих частиц во Вселенной. «Проект еще в процессе формирования, в нем участвуют физики из ИЯИ РАН, Дубны, а также из Иркутского государственного университета», — отмечает Александр Бондарь. — Нейтрино очень интересный объект, и сейчас активно изучается — причем, из разных источников, как рукотворных, так и естественных. А если помечтать, то можно говорить о перспективной томографии нашего земного шара с помощью пучков нейтрино. Однако основное направление — астрофизические исследования источников. Механизмы генерации нейтрино с высокой энергией — та важная научная проблема, которая позволяет нам понять устройство Вселенной и отдельных ее объектов (квазаров, черных дыр и так далее). Кроме того, мы знаем, что при взрывах сверхновой должны происходить всплески потоков интересующих нас частиц, и Байкальский телескоп может выступить тут детектором». 
 
Диана Хомякова, Екатерина Пустолякова
 
Фото Юлии Поздняковой (1,2,3,4) и из открытых источников (анонс).
 
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 4 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus