COVID, тайны зрения и квантовая динамика: новые масштабы химии
13 октября 2020 года ведущие ученые – специалисты по
биомолекулярным системам поделились с участниками Фестиваля науки &qout;Наука 0+&qout;
самыми свежими наработками в области борьбы с возбудителем COVID-19,
а также способами, при помощи которых изучаются сверхбыстрые процессы в клетках
нашего организма. Круглый стол Modern trends in chemistry:
theory meets experiment свел вместе физиков,
химиков и биологов нескольких стран и превратился в итоге в настоящую научную
дискуссию.
"Коллаборация ученых из разных уголков мира – важнейший
инструмент для развития науки, - подчеркнул, открывая круглый стол, декан
Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Степан Калмыков. – И
одна из основных проблем, с которыми столкнулось научное сообщество,
заключается в том, что оно ограничено только онлайн-общением. Мы теряем один из
серьезнейших аспектов оффлайн-конференций – неформальное общение. И это
серьёзно меняет парадигму развития научной мысли, сводя общение к формальным
вещам. А научные открытия происходят как раз тогда, когда мысль выходит за
рамки. Надеюсь, человечество успешно преодолеет эту пандемию, и мы вернемся к
максимально продуктивным способам работы".
Свежими наработками в области борьбы с вирусом- возбудителем
COVID-19 поделился Директор Центра нанотехнологий для
доставки лекарств Школы фармацевтики имени Эшельмана Университета Северной
Каролины (США), а также профессор химического факультета МГУ Александр
Кабанов. Профессор Кабанов привел обзор нескольких групп лекарственных
средств, демонстрирующих активность по отношению к разным участкам этого
вируса, таким как рецепторы на поверхности белкового капсида, РНК-зависимую РНК-полимеразу.
Также профессор рассказал о методах доставки лекарственных средств и о их
недостатках. В частности, обратил внимание на распространенную методику
использования циклодекстринов в качестве растворимого "контейнера" для
действующих веществ: так в организм попадает слишком много молекул носителя
медицинского препарата относительно молекул лекарственного средства, что стало
одним из основных лимитирующих факторов этой технологии. Затем профессор
Кабанов подробно остановился на описании препарата, разрабатываемого в его
лаборатории: улучшенной формы одобренного к применению ремдесивира, который
действует как ингибитор РНК-зависимой РНК-полимеразы. Коллектив Кабанова
разрабатывает эффективный способ доставки ремдесивира к верхним и нижним
дыхательным путям, а также к легким. В качестве подхода для такой доставки
выступает ингаляция, при этом ученым удалось создать такую
модифицированную форму ремдесивира, которая не образует пены при дисперсном
распылении внутри ингалятора и может быть эффективно доставлена внутрь легких.
Разработкой уже заинтересовалась американская биофармацевтическая компания.
От конкретного препарата участники круглого стола перешли к
более широким проблемам и сконцентрировались на фотохимических исследованиях
светочувствительных биомолекулярных систем. Дело в том, что благодаря развитию
лазерной техники теперь можно исследовать динамику ядер в молекулах и следить
за ходом химических превращений на временах порядка фемтосекунд. Примерно за
такое время происходит первичный процесс, который приводит к передаче
зрительного сигнала. Удивительно, но при исследовании таких быстрых реакций,
которые составляют основу функционирования всех живых существ, применяются
принципы квантовой механики: то, что было предсказано теоретически в прошлом
веке при становлении и развитии квантовой механики, сейчас находит практическое
применение. Активно применяются волновые пакеты, когерентные и запутанные
состояния. А сами исследования становятся междисциплинарными, объединяя физику,
химию и биологию. Необходимость совместных теоретических и экспериментальных
работ становится очевидной. Поэтому в обсуждениях круглого стола приняли
участие ведущие ученые из Дании, Великобритании, США, которые тесно
сотрудничают с химическим факультетом МГУ (в частности, с лабораторией
квантовой фотодинамики кафедры физической химии под руководством к.ф.-м.н. Анастасии
Боченковой).
Профессор Ларс Андерсен, Орхусский университет, Дания (Lars Andersen,
Aarhus University)
Ларс – физик-экспериментатор, занимается фотофизикой
биологических хромофоров и сверхбыстрой динамикой молекулярных систем в газовой
фазе. В совместных теоретических и экспериментальных работах с химическим
факультетом МГУ профессор впервые в мире исследовал фотоотклик и время жизни
низшего электронно-возбужденного состояния изолированных хромофорных групп
ретиналь-содержащих белков. Полученные результаты позволяют сделать вывод о
механизме цветного зрения.
Профессор Хелен Филдинг, Университетский колледж Лондона,
Великобритания (Helen Fielding, University College London)
Хелен – физико-химик, занимается фотоэлектронной
спектроскопией биологических хромофоров в газовой фазе и растворе. В совместных
теоретических и экспериментальных работах с химическим факультетом МГУ она
впервые в мире изучила фотоокислительные свойства хромофора зеленого
флуоресцентного белка в газовой фазе и в растворе. Полученные результаты
помогают лучше понять, как действует, например, УФ-облучение на
светочувствительные биомолекулярные системы.
Профессор Ян Верле, Даремский университет, Великобритания
(Jan Verlet, Durham University)
Ян – физико-химик, занимается исследованием сверхбыстрой
динамики молекулярных анионов в электронно-возбужденных состояниях, в том числе
в нестационарных, которые со временем распадаются. Его исследования позволяют
ответить на вопрос, какое время жизни у различных электронно-возбужденных
состояний молекулярных анионов и какие процессы ведут к их распаду или
стабилизации. Оказывается, что на простой вопрос – как образуются молекулярные
анионы – ответить совсем непросто. И это ещё одна загадка, связанная со
зрением.
Заместитель декана химического факультета МГУ по науке
д.х.н. Мария Зверева, говоря об эффективности удаленной работы,
отметила, что в среднем научные задачи начали решаться медленнее (особенно
пострадали женщины, большинство из которых уделяет детям больше внимания, чем
мужчины). А некоторые проекты, особенно разнесенные по нескольким научным
центрам в разных странах, просто не могут начаться, согласился с Марией
Зверевой Александр Кабанов. Удаленная схема влияет и на студентов: падает
мотивация, снижается успеваемость. И единственная польза для ученых от
вынужденного сидения дома – возможность систематизировать свои наработки в виде
статей. Но и здесь недостаток личного неформального общения порой приводит к
падению уровня публикаций. Так что ученые полны решимости победить вирус и
вернуть человечество к нормальной жизни.
