Молекула во лбу

Повозился с молекулами – и сэкономил миллиарды на производстве антибиотиков. За что дали Нобелевку по химии еврею, пережившему Холокост.

Одним из лауреатов Нобелевской премии по химии в 2026 году стал 95-летний французский исследователь Анри Борис Каган. Высшую научную награду планеты ему присудили за открытие «нелинейных эффектов в асимметричном органическом синтезе». Официальный релиз академии наполнен сложнейшей терминологией, так что попробуем изложить суть на простых примерах.

Разрезав апельсин и лимон, вы почувствуете два совершенно разных аромата. Но с точки зрения химии в обоих фруктах за запах отвечает молекула под названием лимонен. Состав атомов и все химические связи в ней совпадают до единой черточки, а вся разница заключается лишь в том, в какую сторону эта молекула закручена в пространстве. Внутри кожуры апельсина особые растительные ферменты синтезируют исключительно «правую» форму лимонена, которая отвечает за сочный апельсиновый аромат. А внутри кожуры лимона другие ферменты собирают преимущественно «левую» форму лимонена, дарящую нам свежий цитрусовый оттенок. Формула у них абсолютно одинаковая, но из-за того, что они закручены в разные стороны, апельсин пахнет апельсином, а лимон – лимоном. Точно так же происходит и с другой молекулой – карвоном: семена тмина вырабатывают только «правый» карвон, а листья перечной мяты – только «левый» карвон. Разница в запахе возникает уже в нашем носу, где расположены обонятельные рецепторы. Наши рецепторы – это сложные белковые молекулы, которые сами имеют строгую пространственную «правую» или «левую» форму. Они работают по принципу замка и ключа. Когда вы чистите апельсин, «правая» молекула лимонена идеально ложится в «правый» рецептор вашего носа, ключ подходит к замку, и мозг распознает запах апельсина. Если эту же молекулу зеркально перевернуть, она физически не сможет правильно зайти в этот рецептор – так же как левая рука не влезет в правую перчатку. Зато она идеально подойдет к другому рецептору, который пошлет в мозг сигнал, распознаваемый нами как аромат лимона.

Это фундаментальное свойство молекул называется хиральностью (от греческого «хир» – рука), а их левая и правая формы являются точными зеркальными отражениями друг друга. В каждом конкретном случае природа всегда производит только один из этих элементов. Но когда человек пытается синтезировать такие вещества в лаборатории, физика диктует свои условия: в обычной колбе всегда получается хаотичная смесь – ровно 50% левых и 50% правых молекул. В пищевой индустрии это грозит лишь искажением вкуса, но в медицине цена ошибки колоссальна. Самой страшной катастрофой в истории фармации стал препарат талидомид, который в 1950-х прописывали беременным женщинам как успокоительное. Одна его зеркальная половина успешно лечила токсикоз, а вторая оказалась страшным ядом, блокирующим развитие сосудов у плода. Мир осознал: химикам жизненно необходимо научиться синтезировать строго одну, правильную половину молекулы.

До открытий Анри Кагана в науке царила догма линейности. Считалось: чтобы получить на выходе абсолютно чистое «левое» или «правое» лекарство, нужен катализатор, или молекулярный шаблон, стопроцентной оптической чистоты. Если ваш катализатор загрязнен противоположным «близнецом» на 40%, то и готовый продукт на выходе будет испорчен ровно в той же пропорции. В 1986 году Каган опубликовал революционное исследование, доказав существование нелинейных эффектов в асимметричном катализе. Он заставил молекулы очищать себя самостоятельно.

Суть его открытия основана на естественном поведении самих молекул в растворе, которые обладают свойством прочно связываться друг с другом в пары, называемые димерами. Каган обнаружил, что когда левая и правая молекулы катализатора соединяются вместе, этот парный комплекс становится химически пассивным, полностью теряет способность ускорять реакцию и просто выключается из процесса. Если взять частично загрязненный катализатор, где присутствует 70% нужной формы и 30% противоположной, то в процессе реакции все дефектные молекулы самостоятельно находят себе пару среди нужных, нейтрализуют друг друга и выходят из игры. Оставшиеся после этой взаимной нейтрализации 40% нужных молекул остаются абсолютно свободными, активными и ведут реакцию в одиночку. На выходе получается готовый продукт с феноменальной, близкой к 100% оптической чистотой. То есть минимальный начальный перевес качества за счет самонейтрализации примесей лавинообразно усиливается в готовом лекарстве. Метод Кагана удешевил и обезопасил производство сложнейших медикаментов. Именно на его принципах сегодня синтезируют L-допа (главное лекарство от болезни Паркинсона), современные антибиотики и противовирусные протоколы. Кроме того, Каган ответил на фундаментальный вопрос биологии: как миллиарды лет назад в первичном хаосе элементов на Земле возникла упорядоченная жизнь, основанная на ДНК строго определенного закручивания.

Для мирового научного сообщества нынешний «Нобель» Кагана – это не просто признание заслуг, а долгожданное исправление исторической несправедливости. В начале 2001 года Анри Каган получил престижнейшую израильскую премию Вольфа по химии, которую Кнессет присуждает за выдающиеся заслуги перед человечеством. В научной среде ее называют «залом ожидания» Нобелевской премии. В Иерусалиме тогда за прорыв в области зеркальных молекул наградили трех ученых: Анри Кагана, американца Барри Шарплесса и японца Редзи Ноери. Однако осенью того же года Нобелевский комитет в Стокгольме, скопировав израильский список, совершил необъяснимое – вычеркнул имя Кагана, заменив его на американца Уильяма Ноулза. Во Франции вспыхнул скандал, министр науки направлял официальные протесты, но Стокгольм остался непреклонен. Каган же в день объявления лауреатов спокойно приехал на лекцию в Лондон, заметив, что отсутствие репортеров пойдет лишь на пользу его планам и покою.

Эта стоическая выдержка ковалась в детстве. Анри Каган родился в декабре 1930 года в парижском пригороде Булонь-Бийанкуре в еврейской семье со строгими академическими традициями. Его отец Александр Каган, уроженец Могилева, в 1914 году покинул Российскую империю: сначала уехал в Швейцарию, где защитил докторскую диссертацию по техническим наукам, а позже обосновался во Франции, где женился на Аделин Цельникер. Александр Каган скоропостижно скончался от сердечного приступа 4 июня 1940 года – ровно за десять дней до того, как нацистские войска вошли в Париж.

Мать Анри осталась одна с тремя детьми на руках в оккупированной стране. Спасаясь от депортации в лагеря смерти, она уничтожила все семейные документы, сменила фамилию и бежала с детьми на юг. Четыре года Каганы провели в глухом подполье, скрываясь в небольших деревнях департамента Жер. Из-за постоянных облав гестапо и французских коллаборационистов мальчик почти не имел возможности регулярно посещать школу. Его классной комнатой стали уцелевшие книги и чертежи покойного отца: самостоятельные занятия по ним компенсировали перерывы в уроках и позволили Анри после освобождения страны сходу поступить в Сорбонну. Впоследствии Каган окончил Высшую национальную школу химии в Париже, а в 1960 году защитил докторскую степень по химии стероидов в Коллеж де Франс. В 1967-м он создал свою знаменитую лабораторию в Университете Париж-Юг в Орсэ, в стенах которой через 19 лет экспериментально создал и математически доказал эффект самоочищения молекул. Еще 40 лет понадобилось, чтобы получить за это Нобелевку.

К слову, Нобелевский комитет в день триумфа дозвониться до 95-летнего профессора так и не смог: Каган просто проигнорировал звонки из Стокгольма. Теперь репортеры безуспешно гоняются за ним по всей Франции, но, как и четверть века назад во время лондонских лекций, у Анри Кагана свои планы на жизнь.