Для всего живого
Нобелевская Ассамблея Каролинского института (The Nobel Assembly at Karolinska Institutet) в Стокгольме присудила Нобелевскую премию по физиологии или медицине 2019 года Уильяму Кейлину (William G. Kaelin Jr) из Института исследований рака Дана-Фарбер (Dana-Farber Cancer Institute) в Бостоне, штат Массачусетс, сэру Питеру Рэтклифу (Sir Peter J.Ratcliffe) из Института Фрэнсиса Крика (Francis Crick Institute) в Лондоне и Греггу Семенца (Gregg L.Semenza) из Института клеточной инженерии Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Institute for Cell Engineering) в Балтиморе, штат Мэриленд, «за их открытия, связанные с тем, как клетки воспринимают доступность кислорода и адаптируются к ней». Ученые выявили молекулярный аппарат, который регулирует активность генов в ответ на изменения уровня кислорода. Сбои в работе этого аппарата приводят к таким заболеваниям, как анемия, инсульт и рак.
Фундаментальное значение кислорода в организме было понятно уже многие столетия, но как именно клетки приспосабливаются к изменениям его уровня, до недавнего времени оставалось неясным, а это — один из важнейших адаптивных процессов для всего живого.
Известно, что ключевым физиологическим ответом на пониженный уровень кислорода в организме, гипоксию, является повышение уровня гормона эритропоэтина (EPO), приводящее к увеличению продукции красных кровяных телец. Но механизм вовлечения в этот процесс самого кислорода оставался загадкой.
Семенца, изучая ген эритропоэтина и его регуляцию в зависимости от уровня кислорода, использовал генетически модифицированных мышей и обнаружил около этого гена специфический участок ДНК, посредством которого запускался ответ на гипоксию.
Рэтклиф также изучал кислород-зависимую регуляцию гена эритропоэтина, и обе группы исследователей установили, что механизм улавливания уровня кислорода является общим и работает в клетках разного типа.
В культивируемых клетках печени Семенца открыл белковый комплекс, который присоединяется к тому самому участку ДНК около гена эритропоэтина, и назвал его фактором, индуцируемым гипоксией (hypoxia-inducible factor, HIF). Он регулирует активность гена эритропоэтина.
Онколог Кейлин, изучая врожденное заболевание синдром Гиппеля-Линдау, обнаружил, что вызывающая его мутация затрагивает ген, препятствующий развитию рака, а раковые клетки в случае этого заболевания отличаются большим количеством генов, реагирующих на гипоксию.
Рэтклиф с коллегами показали, что продукт «здорового» гена физически взаимодействует с фактором HIF и именно это обеспечивает поддержание нормального уровня кислорода.
Меняя представления
Решением Королевской шведской академии наук (Royal Swedish Academy of Sciences) половина Нобелевской премии по физике 2019 года присуждена Джеймсу Пиблсу (James Peebles) из Принстонского университета (Princeton University) за его «теоретические открытия в физической космологии». Другую половину разделят между собой Майкл Мэйор (Michel Mayor) из Женевского университета (University of Geneva) в Швейцарии и Дидье Кело (Didier Queloz) также из Женевского университета и Кембриджского университета (University of Cambridge) в Великобритании «за открытие экзопланеты, обращающейся вокруг звезды солнечного типа».
Теоретические исследования Джеймса Пиблса начались в середине 1960-х. Как отметил ученый, выйдя на связь с участниками пресс-конференции в Стокгольме по телефону, произошло это в немалой степени под влиянием послевоенных работ советского физика Якова Зельдовича о происхождении и эволюции Вселенной. Модель Большого взрыва описывает Вселенную с самых первых ее мгновений около 14 миллиардов лет назад, когда она была чрезвычайно горячей и плотной. Последующее расширение и остывание Вселенной привело к тому, что спустя 400 тысяч лет после Большого взрыва она стала прозрачной для света. Это древнее космическое микроволновое фоновое, или реликтовое, излучение все еще существует и позволяет получать сведения об эволюции Вселенной. Пибблс, интерпретируя данные о реликтовом излучении, открыл новые физические процессы. За предсказание свойств этого излучения в 2013 году он получил престижную медаль Дирака.
По Пиблсу, на сегодняшний день состав Вселенной выглядит так: 5% занимает видимая материя, остальные 95 — темная материя и темная энергия, и это — одна из главных загадок современной физики.
Майкл Мэйор и Дьдье Кело в октябре 1995 года объявили о первом в истории науки открытии планеты вне Солнечной системы — экзопланеты, вращающейся вокруг звезды солнечного типа 51 Пегаса в нашей галактике Млечный путь. Обнаруженная дуэтом ученых экзопланета — газовый гигант, сопоставимый с Юпитером в Солнечной системе. С этого события началась революция в астрономии — на сегодняшний день уже известны тысячи экзопланет, и открытия продолжаются, подогревая интерес к вечной теме возможности существования жизни на других планетах.
Как отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета по физике, открытия нынешних нобелевских лауреатов «навсегда изменили наши представления о мире».
Отцы перезарядки
В решении Королевской шведской академии наук сказано, что Нобелевская премия по химии 2019 года присуждается «создателям перезаряжаемого мира». Лауреатов — трое. Это Джон Гудинаф (John B. Goodenough) из Техасского университета в Остине (University of Texas at Austin), Стэнли Уиттингем (M. Stanley Whittingham) из Университета Бингемтон, а также Университета штата Нью-Йорк (Binghamton University, State University of New York) и Акира Йосино (Akira Yoshino) из Университета Мейдзе (Meijo University) в Нагое. Лауреаты разделят поровну премию в 9 миллионов шведских крон (около 60 миллионов рублей) за разработку литий-ионных батарей.
Литий-ионные батареи, или аккумуляторы, обеспечивают питание практически всех атрибутов современной цивилизации — от мобильных телефонов и ноутбуков до электромобилей. Они легкие, компактные, многократно заряжаемые и при этом мощные. Малый вес таких батарей обусловлен, в первую очередь, легкостью лежащего в их основе элемента — лития. Еще одна полезная особенность литий-ионных аккумуляторов в том, что благодаря им можно запасать энергию солнца и ветра, а это позволяет сократить расходование ископаемого топлива.
Начало работ по созданию литий-ионных батарей связано с топливным кризисом 1970-х и именем Стэнли Уиттингема, который, исследуя свойства сверхпроводников, открыл чрезвычайно энергоемкий материал — дисульфид титана. В его молекулярной структуре есть пространство, способное вместить или, как говорят химики, интеркалировать ионы лития, а потому из него стали делать катоды для батареи. Принцип работы батареи заключается в том, что при зарядке и разрядке между анодом и катодом гальванического элемента перемещаются ионы лития и им нужно пространство для интеркаляции. Анод батареи частично состоял из металлического лития, который отличается высокой реактивностью и легко высвобождает электроны. Так получилась батарея с большим потенциалом в прямом смысле: ее электрический потенциал был свыше двух вольт. Но высокая реактивность металлического лития была недостатком — батареи на нем были взрывоопасны.
Джон Гудинаф предположил, что потенциал батареи можно сделать еще выше, если в катоде вместо сульфида металла использовать оксид. В 1980-х он продемонстрировал увеличение потенциала до четырех вольт при использовании оксида кобальта с интеркалированными ионами лития. Это был серьезный прорыв. Взяв за основу созданный Гудинафом катод, Акира Йосино в 1985 году создал первую коммерчески приемлемую литий-ионную батарею. Вместо реактивного лития в ее аноде использовался нефтяной кокс, углеродный материал, способный интеркалировать ионы лития.
Марина АСТВАЦАТУРЯН
Автор рисунков — Niklas Elmehed
Нет комментариев