16.06.2021
Одним із перших отримав нагороду «Міжнародна наукова досконалість», запроваджену німецькими дослідницькими закладами Товариства Гельмгольца, професор Інституту високих технологій КНУ Ігор КОМАРОВ. Про особливості елітного клубу університетів, куди обирають за результатами наукової діяльності, про дослідження в Інституті технологій м. Карлсруе, фотокеровані приціли та хімічні сполуки з поетичними назвами розпитали самого професора Ігоря Комарова.
– Які сполуки стали героями вашого останнього проєкту?
– Ми розробляємо і, сподіваюся, будемо впроваджувати біологічно активні сполуки, якими можна керувати (вмикати або вимикати їх) за допомогою світла. Зокрема, якщо це біологічно активні сполуки, – то вмикати або вимикати їхню біоактивність залежно від того, яким світлом на них світити. Це можуть бути смартліки: у неактивному стані їх можна буде ввести в організм, а ввімкнути тільки там, де треба – направленим світлом.
Є така концепція магічної кулі. Якщо вважати лікарський засіб магічною кулею, що вражає хворобу, то світло у нашому випадку – це лазерний приціл, який ми можемо ще точніше націлити саме туди, куди треба.
У нас є напрацювання, як це зробити з особливим класом сполук, що називаються пептиди. Вони дуже цікаві самі собою, а ми перетворюємо їх хімічним шляхом на фотокеровані. Так що загалом наш напрям можна назвати «фотокеровані пептиди».
Це нині достатньо популярний напрям, і ми тут не одні. Але саме ми першими здогадалися, як це потрібно робити, і першими це запатентували. Знайшли тих, хто зацікавлений у подальшому впровадженні винаходу, – українсько-німецьку компанію Люмобіотікс, якій КНУ продав патент, а ліцензія залишилася в Університету. Це був перший випадок, коли університетський патент реально впроваджений і має перспективи подальшого використання.
– У яких галузях ви бачите реалізацію вашого проєкту?
– Якщо говорити про медицину, то для лікування локалізованих хвороб, насамперед раку. Лікарський засіб після введення можна активізувати світлом навіть глибоко в тканинах. Є й інші локалізовані хвороби – рани, виразки. Є хвороби чи стани, коли треба щось знеболити локально. Сучасні знеболювальні засоби мають багато побічних дій. А за допомогою спрямованого світла можна вмикати анестетичну дію ліків тільки там, де треба (при хірургічному втручанні, наприклад).
Окрім медицини наш винахід може знайти застосування у захисті імплантів. Думаю, ще за нашого життя буде створено інтерфейс людського мозку з електронним. Імпланти, введені в людський організм, будуть покращувати його діяльність – скажімо, навчання. Я впевнений, що таке можливо, бо в цьому напрямі тривають надзвичайно потужні й успішні дослідження. Однак такі імпланти можуть вражати бактерії – це дуже небезпечно. Якщо для імплантів створити фоточутливі бактерицидні оболонки – ми зможемо захистити їх від бактерій. Один із моїх аспірантів опрацьовує саме цей напрям.
Окрім того, фоточутливі сполуки можна використати для електроніки на рівні молекул. Якщо вони можуть перемикатися, значить можуть існувати у двох станах. Їх реально використати для запам’ятовування й обробки інформації. Як біт – 0 чи 1 – так можна використовувати і молекулу, змінюючи її стан дією світла.
Нещодавно мої учні разом із німецькими колегами розробили фоточутливі пептиди, які можуть мати знеболювальні властивості, на основі компонентів зміїної отрути. Є така отрута – змії мамби. Ми зуміли перетворити компонент отрути на фотокерований аналог. Знаючи будову її природної молекули, створили синтетичним шляхом і ввели до неї наш фотоперемикач. Беремо вже давно відомі фрагменти, що під дією світла змінюють свою структуру. Змінюючи свою форму, вони змінюють і молекулу, до якої введені, а це призводить до зміни властивостей. Ми хімічно синтезуємо фотоперемикачі – аналоги відомих біосполук, наприклад, мамбалгіну.
– З чого все починалося?
– Наша найперша робота була пов’язана з антибіотиком, тому ми назвали свої сполуки люмобіотиками. Це був один із найперших відкритих людством антибіотиків – граміцидин С.
Ми взяли його, бо має дуже красиву молекулу, в яку просто просився наш фотоперемикач, – і наша перша циклічна фоточутлива сполука запрацювала. Уся наша робота зрештою зводиться до керування властивостями молекул зовнішнім чинником – світлом. Нещодавно виграли вже другий поспіль грант Горизонт 2020, який триватиме 4 роки. Я маю честь бути керівником потужної команди, у якій об’єднають свої зусилля науковці української компанії «Єнамін» (вона є координатором цього проєкту), Національного інституту раку МОЗ України, Кембриджського університету, Латвійського інституту органічного синтезу, Інституту технологій м. Карлсруе та Університетської клініки Амстердаму. До виконання проєкту долучиться й біотех-компанія Люмобіотікс. Тепер хочемо розробити ще одну фантастичну ідею: зчеплювати наші фоточутливі сполуки з антитілами, які вже є на ринку як лікарські засоби.
– Ви одним із перших отримали нагороду «Міжнародна наукова досконалість», щойно запроваджену німецькими дослідницькими закладами Товариства Гельмгольца. Що означає ця нагорода?
– Її запроваджують німецькі дослідницькі заклади, що входять до Товариства Гельмгольца – елітного клубу передових Інститутів, куди обирають за результатами наукової діяльності. Інститут технологій м. Карлсруе лише нещодавно отримав такий статус. Нагорода «Міжнародна наукова досконалість» – не просто приз, вона дає змогу користуватися всією інфраструктурою Інституту, а там чого тільки нема – це просто рай для науковця! Інститут високих технологій Карлсруе має славетну історію, це центр наукового блиску, там ще Герц відкрив електромагнітні хвилі, Бенц зібрав перший Мерседес – там усе дихає історією науки. Лабораторії там обладнані рідкісними приладами, які годі й побачити деінде. Наприклад, надсучасний калориметр, здатний вимірювати нанокалорії.
– Припускаю, що скористалися ви перевагами нагороди на повну…
– Так, вдалося напрацювати багато експериментального матеріалу на всій інфраструктурі, що була доступна. У нашій роботі є два аспекти. По-перше, у ній дуже важливим є дизайн, конструкція фоточутливої молекули. Це як дизайн костюму чи плаття: перш ніж його шити, треба подумати, яку тканину брати, який колір. Так само, як одяг, ми конструюємо молекулу: думаємо, куди краще вставити цей перемикач, де будемо застосовувати цю молекулу (у яких живих організмах) – і від цього залежить, якою їй бути. Близько половини всього часу ми витрачали саме на дизайн. До цього з граміцидином нам просто пощастило, можна сказати, що влучили пальцем у небо. Нині ж маємо спершу зрозуміти закономірності, де краще вставити перемикач. А друга частина роботи – з’ясувати, від чого, все ж, залежить ефективність перемикання, чи добре працює ця молекула. Є одна гіпотеза, яку ми з колегами нещодавно сформулювали в одній із публікацій. Той фрагмент, який ми використовуємо для наших сполук, впливає на певні термодинамічні властивості сполуки. Це фундаментальне дослідження було другою частиною моєї роботи. Схоже, що гіпотеза підтверджується.
– Ви так говорите про ці молекули, немов зримо їх бачите.
– Є чимало комп’ютерних програм, які дозволяють виконати такий дизайн. Один з моїх аспірантів, Антон Чередниченко, нині безпосередньо займається цим. Тобто можна зібрати молекулу, яку ми хочемо перетворити на світлочутливу – той самий мамбалгін чи іншу, – і «погратися»: поставити ці перемикачі в різні місця; подивитися, як вона себе поводить; як взаємодіє з біологічними молекулами. На комп’ютері ми все це бачимо. Тож «дизайн» тут якраз вдале слово.
– А яка з молекул для вас найкрасивіша? Знаю точно, що ви їх відрізняєте за цим параметром.
– Найбільше ми, звичайно, любимо аналог граміцидину. Ми назвали його «Мона Ліза-пептид». Для наочності ми цю сполуку (вона є антибіотиком) разом із бактерією помістили в чашку Петрі в неактивному стані, а потім накрили напівпрозорим портретом Мони Лізи. Крізь портрет посвітили на чашку Петрі. Там, де світло пройшло, антибіотик активувався, і бактерії не росли. А там, де світло не пройшло, – був неактивний. Колонії, які виросли із живих бактерій, утворили портрет Мони Лізи. Це був, мабуть, найкрасивіший експеримент у моєму житті і найбільш незвичайний портрет Мони Лізи. Яких тільки її зображень я не бачив, але з бактеріями – тільки наш.
Є красиві сполуки, які мені просто подобаються на вигляд, вони симетричні. Наші фоточутливі несиметричні, вони тепер займають більшість часу. Люблю й інші наші роботи, більш ранні – там були симетричні, красиві молекули. Про одну з них якось писав на своїй сторінці у Фейсбуку – маленька компактна Офелія – вона, мабуть, найкрасивіша.
– У вас як не Офелія, так Мона Ліза! Як же ви їх любите, якщо називаєте такими іменами.
– Вони просто просяться, щоб їх назвали красиво, бо й самі – красиві! Та й хімічні назви не для всіх зрозумілі, а хочеться розповісти про них цікаво, адже ця робота надзвичайно захоплює. Якщо занурюєшся у неї повністю, то й ставлення до неї як до чогось рідного й красивого.
– А як вдається захопити цим студентів?
– У нас дуже хороші, просто унікальні студенти. Часто навіть вони мене захоплюють. Зокрема, ідея створити фоточутливий антибіотик із пептидів виникла у мене після виступу на студентській конференції тоді ще студента Дмитра Сисоєва. Він доповідав на хімічному факультеті про своє стажування у м. Констанц, де створював фоточутливі сполуки для електроніки. Під час виступу Дмитра у мене виникла ідея: а що, як фоточутливі фрагменти вставити у молекули біологічно активних сполук?
– А хто свого часу захопив вас?
– Я захопився цією темою ще в юності. Любив читати науково-популярну літературу. Якось трапилася стаття в «Науке и жизни» про те, як японські вчені зробили сполуки, що під дією світла можуть змінювати структуру. Мене це вразило тоді настільки, що проніс це враження крізь усе життя. Звичайно, на якийсь час про нього забув, але як тільки виникла можливість цим зайнятися, після розповіді Дмитра Сисоєва, я зрозумів, як можу це зробити. Без сумніву кинув усе і зайнявся цією ідеєю. Так що, можна сказати, це було юнацьке захоплення. Дитячі і юнацькі враження надзвичайно впливають на людину, адже в ранньому віці завжди хочеться чогось грандіозного (комусь рак лікувати, комусь у космос летіти), але коли людина стає дорослою, свою наївну мрію вона старається реалізувати – так чи інакше.
Спілкувалася Лариса Кіт