В понедельник, 12 октября, завершилась нобелевская неделя. Мир узнал имена лауреатов Нобелевской премии 2025 года, в частности, по медицине, физике и химии. Разбираемся, кто эти люди и как их научные работы изменили мир.
Медицина
Нобелевскую премию в области физиологии и медицины получили Мэри Бранкоу из Института системной биологии в Сиэтле, Фред Рамсделл из компании Sonoma Biotherapeutics в Сан-Франциско и Симон Сакагучи из Осакского университета в Японии.
Трио ученых стоит за открытием периферической иммунной толерантности — механизма, не позволяющего клеткам иммунной системы атаковать ткани в организме. Их исследования раскрывают, как клетки иммунной системы, особенно Т-клетки, отличают родные ткани от вредных чужеродных организмов. Это закладывает основу для лечения аутоиммунных заболеваний и онкологии.
Т-клетки — белые кровяные клетки, обнаруживающие и атакующие инфицированные или раковые клетки в организме. В случае аутоиммунных нарушений Т-клетки начинают атаковать здоровые ткани в организме, что может привести к критическим последствиям и нарушению работы отдельных органов и систем. В конце 1980-х годов ученые узнали, что вредные Т-клетки уничтожаются в вилочковой железе.
Позже Симон Сакагучи продемонстрировал, что зрелые Т-клетки с белком CD25 могут подавлять вредных собратьев. Эти особые клетки получили название регуляторных Т-клеток, или T-reg.
Мэри Бранкоу и Фред Рамсделл пошли дальше и обнаружили генетическую связь с регуляцией иммунной системы. Они установили, что у мышей с тяжелым аутоиммунным ринитом наблюдалась мутация гена FoxP3, который находится в X-хромосоме. Далее они узнали, что у детей с мутациями того же гена развилось редкое аутоиммунное заболевание — синдром Ипекса. Сакагучи продемонстрировал, что ген FoxP3 контролирует развитие регуляторных Т-клеток.
Сейчас по результатам научных работ нобелевских лауреатов уже проводятся клинические испытания с целью повышения концентрации регуляторных Т-клеток для подавления нежелательных иммунных реакций при аутоиммунных заболеваниях или после трансплантации органов.
Интересно, что кардинально противоположный подход изучается в рамках терапии онкозаболеваний. Дело в том, что раковые клетки могут «прикрываться» регуляторными Т-клетками для избежания ответа со стороны иммунной системы. Поэтому ученые, изучая способы борьбы с раком, уделяют особое внимание подавлению или уничтожению регуляторных Т-клеток.
Физика
Нобелевскую премию по физике получили Джон Кларк, Мишель Девор и Джон Мартинис за открытие эффектов макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи.
СпецпроектыProject Zero в дії: огляд ігрової збірки MSI з акцентом на продуктивність і стильЯк біржі сприяють розвитку сучасних професійних трейдерів. Добірка платформ та важливі нюанси
Открытие ученых, лежит в основе современных квантовых компьютеров, микрочипов, использующихся в большинстве электроники, включая смартфоны, датчиков и прочего. Все началось в 1984-1985 годах, когда о квантовых компьютерах никто еще даже не задумывался, ведь и обычные тогда были только на заре собственного развития.
Поскольку в квантовой физике частицы одновременно существуют как в виде волны, так и в виде, собственно частиц, это позволяет им преодолевать препятствия, которые с точки зрения классической механики должны быть непреодолимыми. Таким образом частицы в виде волн имеют шанс оказаться по другую сторону барьера.
До открытия исследователей эффекты квантового туннелирования наблюдались только у отдельных частиц. Однако физиков интересовало, как заставить не одну, а больше частиц демонстрировать тот же эффект туннелирования. Оказалось, что для этого необходимо сильно охладить материалы, превратив их в сверхпроводники и заставив электроны объединяться в так называемые «куперовские пары».
Эти куперовские пары подчиняются несколько иным квантово-механическим законам, чем отдельные электроны. Вместо того чтобы накладываться друг на друга, образуя энергетические оболочки, они действуют подобно фотонам, способным одновременно находиться в одной точке пространства в бесконечном количестве. При достаточном количестве таких куперовских пар в материале, они становятся сверхтекучими, двигаясь без потерь энергии и электрического сопротивления.
В рамках экспериментов Кларк, Девор и Мартинис размещали два сверхпроводника между тонким изоляционным барьером, создав таким образом экспериментальную установку, известную как джозефсоновский переход. Исследователям удалось экранировать собственную установку от помех, прежде чем подать на нее электрический ток.
Сначала напряжение в их цепи равнялось нулю, что указывало на отсутствие электрического тока, который проходил бы сквозь барьер. Однако после нескольких повторений оказалось, что напряжение все же возникало в разные промежутки времени. Это говорило о том, что электроны действительно преодолевали это препятствие, действуя как одна большая частица.
Влияние микроволн на электроны также показало следующее: несмотря на то, что частицы действовали совместно, куперовские пары имели четко определенные квантованные уровни энергии. Эта коллективная система электронов получила название искусственного атома.
Эксперимент Кларка, Девора и Мартиниса подтвердил, что квантовые эффекты не исчезают на больших масштабах, если частицы находятся в едином квантовом состоянии. Исследования ученых значительно подтолкнули развитие квантовой криптографии, квантовых компьютеров и датчиков.
Химия
Лауреатами Нобелевской премии по химии стали Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар М. Яги за вклад в развитие металлоорганических каркасов (MOF).
MOF представляют собой кристаллические материалы, полученные путем связывания ионов металлов с органическими молекулами для формирования структур с высокой пористостью. Эти структуры могут улавливать и хранить газы и молекулы. MOF с большой внутренней поверхностью позволяют, например, CO₂, метану или водяному пару проникать внутрь и выходить через крошечные отверстия. Это используется для улавливания парниковых газов, очистки воды, катализа в химических реакциях и хранения водорода.
Все началось в 1989 году, когда Ричард Робсон проводил эксперименты, собирая ионы меди и сложные органические молекулы в пространственные кристаллические структуры. Предыдущие конструкции были нестабильными, однако результаты вдохновили на дальнейшие исследования.
В середине 1990-х годов Сусуму Китагава показал, что эти конструкции могут поглощать и выделять газы. Впоследствии Омар Яги добился первых чрезвычайно стабильных MOF и разработал принципы рационального дизайна. Благодаря этим принципам теперь химики могут точно настраивать металлорганические каркасы под конкретные свойства.
Сейчас химики уже синтезировали десятки тысяч MOF, используя их для улавливания CO₂, очистки от загрязняющих веществ, сбора воды из воздуха в условиях пустынь, эффективного преобразования химических веществ. Их способность вмещать и манипулировать молекулами в наномасштабе открывает возможности для создания устойчивых решений в области хранения энергии, снижения загрязнения и очистки воды.
