Поиграем с природой по-своему Галина Костина

Поиграем с природой по-своему Галина Костина

Известный химик профессор Института Скриппса Валерий Фокин пытается воспитать новое поколение химиков в МФТИ. Он учит их отсутствию научной вертикали и умеренности в дедукции

section class="box-today"

Сюжеты

Большая наука:

Нейронавигатор

Человек разумный освобожденный

/section section class="tags"

Теги

Большая наука

/section

Один из лучших химиков планеты Валерий Фокин все еще любит играть. Например, в химический конструктор «Лего», создавая соединения с новыми свойствами или пытаясь заглянуть в живые системы, чтобы как минимум понять всю сложность происходящего. Этому он учит студентов и молодых ученых в созданной год назад лаборатории МФТИ.

Влюбившись в химию еще в детстве, Фокин сделал блестящую карьеру. Сейчас он профессор престижного Института Скриппса в Калифорнии, где занимается в основном разработкой новых каталитических реакций. Thomson Reuters в 2011 году назвала его одним из десяти лучших химиков мира (см. «Эксперт» № 39 за 2011 год). По рейтингу Thomson Reuters, Фокин в прошлом году был назван одним из претендентов на Нобелевскую премию. Всемирную известность ученый получил благодаря реакции, которая стала визитной карточкой клик-химии — направления, у истоков которого стоял нобелевский лауреат Барри Шарплесс. Клик-химия — это возможность с помощью простых и быстрых реакций создавать новые соединения с самой разнообразной активностью и структурой. «Клик» — такой звук издает пряжка при защелкивании, и так же быстро происходит реакция между группами элементов в новых соединениях, которые могут быть использованы в медицине и других отраслях. Валерий Фокин — автор более ста научных публикаций, его работы очень активно цитируются.

figure class="banner-right"

var rnd = Math.floor((Math.random() * 2) + 1); rnd = 0; if (rnd == 1) { (adsbygoogle = window.adsbygoogle []).push({}); document.getElementById("google_ads").style.display="block"; } else { }

figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure

— Валерий, вас ассоциируют с таким направлением в современной химии, как клик-химия. Вы и сейчас ею занимаетесь?

— И да и нет. Когда эта концепция возникла, во многом благодаря нобелевскому лауреату Барри Шарплессу, она отвечала на актуальную в тот момент задачу: если мы не научились достаточно подробно изучать и делать сложные большие молекулы для применения, в частности, в медицине, давайте использовать простые, надежные, давно известные химические реакции на огромном числе самых разнообразных исходных соединений. Можно создавать новые вещества «кликом», как по щелчку, с самой разнообразной структурой и активностью. И из этого непременно получится что-то полезное. К этой идее относились неоднозначно. Для кого-то она была очевидной, для кого-то странной. Моя реакция азидов и ацетиленов в присутствии медных катализаторов стала хорошим и широко используемым примером клик-химии, которая и сейчас востребована. Эта реакция стала одним из инструментов, которым могут пользоваться ученые из разных областей науки. Наука развивается очень быстро. Например, в те времена многие ученые не верили, что можно будет получить кристаллы очень сложных мембранных белков-рецепторов. Но прошло не так уж много лет, и их научились делать. Естественно, я тоже не зацикливаюсь на клик-химии.

— А какова ваша генеральная идея в жизни?

— (Смеется.) Конечно, дети. Все остальное вторично.

— А в науке?

— Больше всего мне интересны методы, с помощью которых можно «забраться» в живую систему, например в клетку, таким образом, чтобы не навредить ей, и наблюдать всю сложность происходящих в ней процессов.

— Вы часто говорите, что как будто играете в химический конструктор «Лего» или играете с природой, предлагая ей что-то невообразимое. Вы что, хотите ее перехитрить?

— Я был бы чрезвычайно заносчив, говоря, что собираюсь перехитрить природу и заставить ее делать то, что мы хотим. Может возникнуть иллюзия, что, углубляясь в изучение живых систем, мы можем получить над ними контроль, все известное разложить по полочкам. Написать какие-то формулы для молекул и предсказать их поведение. Но жизнь — это динамика. В первую очередь мы хотим ее понять. Пока все наши попытки заставить ее следовать нашим указаниям не очень успешны. Возможны лишь маленькие достижения. Да и задачу такую не надо ставить. Если мы будем достаточно хорошо понимать процессы, которыми природа — живая система — оперирует, ее не нужно будет обманывать, ее просто можно будет использовать так, как нам нужно.

— Минуточку, вы же как-то говорили, что мы не можем предсказать следующий шаг живой системы, потому что она все время эволюционирует и делает ошибки, которые вообще предугадать невозможно.

— Совершенно верно. И я не стану говорить, что мы дойдем до такого знания, когда совсем не нужен будет эксперимент. Прелесть живых систем как раз в том, что всегда есть элемент случайности. И в том, что эти системы состоят из многих элементов и процессов. Мы же пока смотрим на них, как с Луны на Землю. Мы можем сказать, как, к примеру, движутся пласты, но мы пока не можем предугадать, в какой момент и где может произойти землетрясение. Так и в клетке, и в целом организме. Изучая ее во всей сложности, мы уже учимся предсказывать хотя бы вероятность того, что с ними будет.

— И для того, чтобы забраться в клетку, вы в том числе используете клик-химию?

— В том числе. С помощью моей реакции мы можем внедрять в клетку флуоресцентные метки и следить за белками, к примеру.

— Но ведь организм видит чужое и пытается это чужое уничтожить?

— Да, если это чужое будет похоже на те биологические агенты, на которые он заточен: он замечает их, убирает, запоминает. А мы должны подсунуть ему какие-то необычные соединения, которых в природе нет, и он попросту не знает, что с этим делать. Разумеется, мы должны так постараться, чтобы это соединение было как можно более «невидимым» и ничего не изменяющим в этой системе.

— Вы этим занимаетесь в лаборатории МФТИ, которая открылась год назад?

— Пока нет. Но обязательно будем. Нужно к этому подготовиться. Скорее всего, мы начнем с живых систем попроще — растений, например. Я называю этот проект «Вершки и корешки». Растениями, кстати, не очень многие занимаются. Ученые берут что посложнее и интеллектуально перспективнее — клетки и ткани человека. А мы посмотрим, как вершки и корешки образуются, как циркулируют в растительных клетках различные соединения, как синтезируются белки. Мы можем попробовать потом как-то воздействовать на то, чтобы нужных нам белков было больше. Это серьезная задача для агробиотехнологий.

— А это планируется делать с помощью генных модификаций?

— Не следует этого бояться. Многое из того, что говорится о ГМО сейчас, к науке не имеет никакого отношения. Теоретически и, я полагаю, практически мы можем сделать, чтобы белков было больше, чтобы они формировались быстрее и с нужными свойствами. Вы пробовали соевое мясо?

— Пробовала. Невкусно.

— А можно будет сделать вкусно. Представляете, такие аппетитные бифштексы на веточке.

— Пока бифштексы не вырастили, чем в лаборатории занимаетесь? Год назад вы перерезали красную ленточку. Что за это время удалось сделать?

— На самом деле мы начали примериваться к созданию лаборатории гораздо раньше. И я оценил, насколько важно взаимодействие, в частности, администрации вуза и ученых. В этом большая заслуга в том числе руководителя Центра живых систем МФТИ Андрея Иващенко. Его опыт и энтузиазм помогли создать такое сообщество единомышленников.

Мы начинали как бы с чистого листа. Физтех — совсем не химический вуз. Химия не была профилем института. С одной стороны, мне было проще — ничего не нужно было ломать. С другой — поскольку не было в этом плане никакой преемственности, начинать было сложнее.

— Какую первую задачу перед собой ставили?

— Весьма нетривиальную. У меня не было конкретных проектов. В первую очередь я хотел создать самодостаточную и самоустойчивую лабораторию или группу. Собственно, это одна из идей мегагрантов — определенная свобода. Но этот механизм новый для России. И иногда, к сожалению, приходится преодолевать бюрократическое следование заранее согласованному плану. А идея-то в том и состоит, что можно сделать что-то необычное, непредсказуемое, то, что может не вписываться в рамки какой-то логики. Возникает, однако, вопрос, который недавно ставили на одной из конференций получившие мегагранты ученые: что будет после?

— Через пять лет?

— Или через три, правила немного меняются. Какой-то коммерческий проект, пожалуй, можно сделать и за пять лет. Но не научный. Как только финансирование прекращается, коллективы часто распадаются. Это было показано практикой и Японии, и Сингапура. Теоретически предполагается, что через пять лет могут найтись другие источники финансирования. Но в России этих источников пока практически нет. Научный фонд пока далеко не тот, чтобы соревноваться с правительственными мегагрантами. У коммерческих организаций пока нет ни стимулов, ни таких масштабных финансов. Так что нужен горизонт как минимум в десять лет. Но и мы, конечно, должны постараться. Для меня в первую очередь важно создать не вертикальную лабораторию, а горизонтальную.

— Это как?

— Чтобы все сотрудники чувствовали себя более свободными. Я часто ненадолго уезжаю. И поначалу у меня все время спрашивали, какой список задач я оставлю, чтобы сотрудники ими занимались. Я как-то устроил такой эксперимент: уехал, не оставив никакого списка задач. Хотел посмотреть, как они поведут себя в свободном плавании.

— Как иногда детей учат плаванию?

— Ну да. И это сработало. Хотя и не с первого раза. При этом попытки начинать что-то делать самостоятельно не должны ограничиваться боязнью наделать ошибок. Важно не делать ошибок на производстве, это влечет за собой цепь негативных последствий. В науке же, если ты пробуешь и ничего не получается, это не значит, что ты провалился. Можно и нужно попробовать еще.

— Но какие-то конкретные задачи у вас все же были, например попытаться сделать подход к таблетке?

— Мы не озадачивались конкретными «таблетками», скорее методами, позволяющими их открыть и сделать этот процесс быстрее. Для начала я хотел заняться опять же почти игрой. Если у вас нет конкретного соединения, но есть большой набор блоков, давайте поучимся делать соединения из таких разноцветных кирпичиков.

— А кирпичики — это химические элементы или группы элементов?

— Я кирпичиками называю строительный материал. Это группы атомов, чаще небольшие, которыми легко оперировать. В природе это аминокислоты, сахара, нуклеиновые кислоты. Она их собирает разными путями. Нам же нужны кирпичики попроще и методы побыстрее.

— Вы собираете новые соединения?

— Конечно, или привязываем к известным соединениям новые блоки или кирпичики, чтобы получить новые свойства. Научившись, мы приступаем к вполне конкретным делам: пытаемся в сотрудничестве с биологами, которые занимаются мембранными белками-рецепторами, придумывать новые лиганды. Лиганды — это молекулы, ключики к замку рецептора. Это не самая простая задача, тем более когда не знаешь структуру рецептора. Близкий к этой теме, но конкретный проект — разработать такие лиганды, которые будут, как транспорт, нести на себе лекарство и доставлять его, к примеру, в пораженную клетку. Нас интересуют лиганды, которые связывались бы с определенной группой белков — гликорецепторов. Они очень интересны и перспективны: когда к ним присоединяется лиганд, они вместе с ним втягиваются внутрь клетки. И это очень удобный механизм доставки нужного лекарства внутрь клетки. Моими коллегами из Скриппса было показано, что на некоторых больных клетках таких рецепторов появляется гораздо больше, чем на здоровых, поэтому на них можно нацеливаться.

— Речь идет об онкологии?

—Да, в этом случае о гематологической: лейкемиях, лимфомах. Мы делали лиганды, которые похожи на природные, но модифицировали их, чтобы «ключик» почти идеально подходил к своему «замку».

— Вы навешивали на них какие-то дополнительные кирпичи?

— Да, некие хвосты. И эти молекулы уже были не простыми ключами, а чем-то вроде банковской карточки, которую автомат затянет в себя.

— Вы сделали лиганды к рецепторам клеток крови?

— Да, вместе с коллегами из Скриппса мы разрабатываем соединения, конкретно взаимодействующие с рецепторами Б-лимфоцитов. Б-лимфоциты появляются в крови в больших количествах при так называемой Б-клеточной лимфоме. И тогда они выступают не как защитники, а как агрессоры.

— Это уже некая практическая работа на пути к лекарству. Как при этом решается вопрос интеллектуальной собственности, если какая-то часть работ делалась в Скриппсе, а часть здесь?

— Для этого существуют испробованные механизмы. Традиционный подход — под чьей крышей сделано, тот и владелец. Первые исследования были сделаны, безусловно, под крышей Скриппса, и они защищены соответствующими патентами. Эти технологии можно лицензировать для коммерческого внедрения. Академические исследования можно проводить без сложных соглашений. Если же нечто совершенно новое будет сделано под крышей МФТИ, он и будет владеть этой собственностью. Но пока до этого этапа дело не дошло.

— А на каком вы этапе?

— Доклинических исследований и в скором времени — клинических. Весной была конференция, на которой я имел неосторожность сказать, что мы на пути к конкретным лекарствам. А через некоторое время СМИ запестрели сообщениями, что к концу года нашими усилиями рак будет побежден. Меня аж в дрожь бросило. Ну вы-то, наверное, знаете, как это бывает: сначала появляется одна заметка, ее кто-то чуть переделывает, а потом появляется еще одна переделка, но уже сенсационная. А обычные люди начинают писать, звонить, спрашивать. Вы же понимаете, в каком отчаянии могут находиться как пациенты, так и их родственники.

— Я слышала, что как раз таки раки крови неплохо поддаются лечению.

—Да, особенно на ранних стадиях они могут быть излечимы. Или, по крайней мере, уходят в ремиссию. Наша задача — сделать препарат еще более таргетным: более эффективным, с меньшим количеством побочных явлений.

— Вы говорили, что работаете совместно с другими лабораториями МФТИ. С какими?

— С двумя. Одна лаборатория занимается исследованием мембранных белков. Ее возглавляет известный ученый из Германии Георг Бюлдт. Вторая недавно была организована, ею руководит наш соотечественник Вадим Черезов, знаменитый как раз тем, что разработал совместно с Реймондом Стивенсом метод кристаллизации клеточных рецепторов.

Фото: Олег Сердечников

— Руководитель Центра живых систем МФТИ Андрей Иващенко рассказывал, что как раз одна из идей этого центра — сотрудничество разных лабораторий, именно так можно нарыть что-то интересное.

— Это правильно. Но, честно, говоря, это очевидно. Сначала наука и была единым целым. Потом девять веков ее делили на кусочки. Теперь снова собирают. На самом деле я плохо представляю себе, как можно разделить химию, физику, математику, биологию и медицину. Последняя, конечно, является и наукой, и искусством. Мне нравится, что наши студенты сейчас это понимают. И неважно, будут ли они по профессии биофизиками, а заниматься будут медицинской химией. Это условности.

— Кстати о студентах. Сейчас нередко говорят, что нынче студенты не те, образование дрянь. Как вы со стороны это оцениваете?

— Я общаюсь со студентами не только МФТИ, но и МГУ, Питера, Нижнего Новгорода. У меня нет ощущения, что дело дрянь. Я вижу прекрасно подготовленных ребят, одаренных. Я тоже слышал такой плач Ярославны, что с образованием плохо, но это как-то неконструктивно. Если просто плакать, ничего не получится.

— Вы читаете лекции в МФТИ?

— Пока минимально. Делаю мини-курсы или семинары. Или во время встреч со студентами. Но сейчас назрела необходимость читать больше. Химия не должна быть некоей обслуживающей наукой на Физтехе. Тем студентам, которые учатся для того, чтобы заниматься биотехом или инновационной фармацевтикой, нужна химия поглубже.

— Вы своей лабораторией пытаетесь закрыть некую нишу, которой нашему биотеху не хватает?

— На уроне Физтеха. Я не берусь утверждать, что вообще не хватает. Но здесь явно не хватает. И иногда я вижу, что не хватает даже там, где ее учат традиционно.

— Вы будете учить по-другому?

— Абсолютно верно. Даже хорошее, устоявшееся приобретает жесткость, негибкость, которые не позволяют делать шаги вправо-влево. Я предлагаю смотреть на химию не так, как обычно преподают — с точки зрения неких законов. На самом деле наука так никогда не развивалась. Мы никогда не писали сначала законы, а уж только потом их применяли. Сначала люди наблюдали, пытались понять и объяснить увиденные явления. Особенно в таких экспериментальных науках, как химия. Надо смотреть и делать выводы. И преподавать так же, это будет более эффективно. Лично я химию учил именно так. Я ее сначала воспринимал, осязал или обонял, а потом объяснял. Для меня это было проще, думаю, для многих студентов будет тоже легче и привлекательнее.

— Как же вы учились по-другому, когда школа, как правило, образчик традиционного подхода?

— Мне повезло. Во-первых, я влюбился в химию еще до школы. У меня под кроватью рядом со сказками валялся лохматый такой справочник фармацевта. Мой дед был отличным фармацевтом и провизором. Родители — преподаватели вузов, но не связанные с химией. Этот справочник было интересно читать, отчасти потому, что он был небольшим — тогда лекарств было не так уж много. К тому же мне просто нравилось его читать. Потом, уже в школе, когда выдали в седьмом классе первый учебник по химии, я его прочитал за несколько дней, и мне он показался таким легким, таким понятным. Повезло и с учительницей. Она была молодая, умная, готовилась к аспирантуре. Я иногда доставал ее своей дотошностью, а она отправляла меня в лабораторию, где было большое изобилие всяких реактивов. Там я наслаждался свободой. В старших классах тоже была замечательная учительница. Обе они преподавали интересно. Или мне так казалось, потому что мне было интересно. Дома я тоже не сидел сложа руки. Мама стала замечать, что у нее стремительно расходуются хорошие духи. А они так красиво горели! Были дыры в ковре, прожженный стол, жуткие запахи. Слава богу, ничего более серьезного.

— В общем, выбор профессии был предопределен?

— Да, хотя я колебался между медициной и химией. К медицине меня все же тянуло больше. Одно плохо: там нельзя было экспериментировать. Так что я склонился к химии. Отучился в Горьковском университете имени Лобачевского. И там у меня были чудесные преподаватели. На самом деле все мои представления о латеральном устройстве науки идут оттуда. Мне везло, что на меня не давили. Когда давили, во мне зарождались бунт и отторжение. Так что я совсем против вертикальной науки.

— Как вы оказались в Америке?

— Я как раз учился в университете, когда наш город стал открытым. И к нам в университет приехала первая группа студентов по обмену из маленького университета в Индиане. А потом поехали туда мы. Увидев, какие замечательные лаборатории в таком маленьком университете, я попросил американских друзей свозить меня в другие университеты, в частности в Чикаго. И на следующий год я уехал в Мичиган. Потом аспирантура, все пошло по накатанному сценарию. И я оказался в Скриппсе. Сейчас моя лаборатория в Скриппсе занимается исследованиями и разработкой новых каталитических реакций. Мы пытаемся не только их изучать, но и применять для получения новых, «умных» материалов, лекарственных препаратов — зачастую в сотрудничестве с коллегами, работающими в биологии и медицине.

— Я смотрю, вы, извините, как оголтелый мотаетесь по миру. Вчера в Саудовской Аравии, завтра в Эмиратах, послезавтра в Калифорнии…

— Да, и через два дня я должен быть в Москве. Сначала было тяжеловато. Я думал, что в Москве буду проводить время большими блоками, что все будет гладко. Но я уже рассказывал, не вышло, потому что надо было научить всех работать самостоятельно. И не ждать начальника. А в Саудовскую Аравию я летал поддержать моих друзей в только что открывшемся университете. И, кстати, мне нравится, что шейхи увековечивают себя таким образом — университетами.

— Как семья, дети относятся к такому вашему образу жизни? Дети привыкли говорить «хай, папа, бай, папа»?

— Относятся с пониманием. Я стараюсь находить некий баланс. Вот август был довольно спокойным месяцем, и я с ними много времени провел. К тому же я стал еще более дисциплинированным. Я думал, что умею эффективно использовать время, а как выяснилось, можно еще многому научиться. Тем более что с нынешними средствами связи и компьютерами можно работать не только во время перелетов, но и в машине по дороге из института домой. Но и отдыхать хоть немного нужно. А то бывает, смотришь тупо на листок и не понимаешь, что сам только что написал. Если бы меня спросили, повторил бы я еще раз этот эксперимент с Москвой, повторил бы. Все-таки это большое удовлетворение — видеть живой интерес у молодых ребят, создавать с ними что-то новое, не оглядываясь на стереотипы. Возможно, мое влияние сейчас может казаться каплей в море. Но хочется надеяться, что через этих ребят такой подход к науке будет тут обживаться.