Ученый, забравшийся в клетку

Наука и технологии / Химия Профессор Института Скриппса Валерий Фокин убежден, что химия — такая же фундаментальная наука, как математика и теоретическая физика
Рисунок: Константин Батынков

В 2011 году выпускник Нижегородского университета Валерий Фокин был назван агентством Thomson Reuters одним из десяти самых влиятельных химиков мира последнего десятилетия. В настоящее время Фокин — профессор Института Скриппса в Калифорнии (The Scripps Research Institute). Его лаборатория занимается разработкой новых каталитических реакций, которые успешно используются учеными в различных областях науки, включая органический синтез, нанотехнологии и биомедицинские исследования. Свою беседу с нами он начал с рассказа о своей мечте.

— Если дать волю воображению и не ставить себя в тиски очевидно невозможного, то я бы сам превратился в микроскопическую частицу и забрался в живой организм (хотя бы в клетку или, на худой конец, в колбу с реакцией) и своими глазами увидел происходящий там молекулярный спектакль! И если еще сравнительно недавно такое представлялось чем-то из области фантастики (как в классическом американском фильме 1966 года «Фантастическое путешествие»), то сейчас это становится реальностью. Поскольку мне самому явно не суждено превратиться в микрошпиона, то репортерами с места событий для меня становятся молекулы. А докладывают они мне о происходящем с помощью химических реакций, результатом которых являются, например, изменение цвета, флуоресцентное излучение или любой другой сигнал, который мы можем зарегистрировать. Для этого нужен метод введения соединения-репортера в изучаемую молекулу. Образно говоря, необходимо создание «молекулярного разъема USB», одна половинка которого должна быть внедрена в изучаемую молекулу, а другая — в молекулу-репортера. Эти половинки при взаимодействии должны образовывать надежное соединение, независимо от среды, в которой протекают биологические процессы. Естественно, их влияние на свойства биологических молекул должно быть минимально. Но здесь как раз и возникает самый ключевой, по сути леви-строссовский, вопрос: можем ли мы остаться сторонними наблюдателями, внедрившись в саму систему, и не меняет ли наше присутствие поведения этой системы? Очевидно, что все традиционные химические реакции, которые мы разработали в результате многих лет подражания природе, бессильны перед решением этой задачи: их присутствие будет сразу же замечено, так как, хотя они созданы нами, но по образу и подобию природных. Чтобы молекула-репортер оставалась незамеченной и не нарушала функционирования происходящих процессов, она должна принципиально отличаться от природных молекул.

Оказалось, что существует два класса соединений, которые могут служить вилкой и розеткой этого молекулярного разъема. Это азиды и ацетилены, которые могут быть внедрены в биологические молекулы, незначительно влияя на их свойства. Азиды — это химические соединения, содержащие группу N3. А ацетилены — это соединения с тройной связью между атомами углерода.

Но реакция между азидами и ацетиленами давно известна.

— Да, но она чрезвычайно медленная. Она может длиться сутками. Моя догадка, теперь уже подтвержденная многочисленными экспериментами, п

Изучение динамики синтеза протеинов в нейронах
Реакция азида и ацетилена, катализированная медью