Нобелова седмица

Геномът на неандерталците

Нобеловата награда за физиология или медицина 2022 г. печели Сванте Паабо от Института за еволюционна антропология „Макс Планк“, Лайпциг, Германия, и Института за наука и технологии на Окинава, Япония. Роденият в Стокхолм учен е отличен за неговите открития относно геномите на изчезнали хоминини и човешката еволюция.
Човечеството винаги е било заинтригувано от своя произход. Откъде идваме и как сме свързани с тези, които са преди нас? Какво прави нас, Хомо сапиенс, различни от другите хоминини? Чрез пионерските си изследвания Сванте Паабо постига нещо, на пръв поглед, невъзможно: секвениране на генома на неандерталеца – изчезнал роднина на днешните хора. Той прави и сензационното откритие на неизвестен досега хоминин – Денисова.
През 2008 г. в Денисовата пещера в южната част на Сибир е открит фрагмент от кост на пръст на 40 000 години. Костта съдържа изключително добре запазена ДНК, която екипът на Паабо секвенира. Резултатите предизвикват сензация: ДНК последователността е уникална в сравнение с всички известни последователности от неандерталците и съвременните хора. Неизвестният досега хоминин получава името Денисова. Сравнения с последователности от съв-
ременни хора от различни части на света показват, че е имало генен поток между Денисова и Хомо сапиенс. Тази връзка е забелязана за първи път в популации в Меланезия и други части на Югоизточна Азия, където индивидите носят до 6% Денисова ДНК.
Паабо установява също, че генният трансфер е настъпил от тези вече изчезнали хоминини (неандерталеца и Денисова) към Хомо сапиенс след миграцията от Африка преди около 70 000 години. Този древен поток от гени към съвременните хора има физиологично значение днес, влияе например върху начина, по който нашата имунна система реагира на инфекции.
Фундаменталните изследвания на Паабо довеждат до създаването на изцяло нова научна дисциплина – палеогеномика. Като разкрива генетични различия, които отличават всички живи хора от изчезнали хоминини, неговите открития осигуряват основата за изследване на това, което ни прави уникални хора. Палеонтологията и археологията са важни за изучаването на човешката еволюция. Изследванията предоставят доказателства, че анатомично модерният човек – Хомо сапиенс, се е появил за първи път в Африка преди приблизително 300 000 години, докато нашите най-близки познати роднини – неандерталците, са се развили извън Африка и са населявали Европа и Западна Азия от около 400 000
години допреди 30 000 години, когато те изчезват.
В началото на кариерата си Сванте Паабо се очарова от възможността за използване на съвременни генетични методи за изследване на ДНК на неандерталците. Въпреки това той скоро осъзнава екстремните технически предизвикателства, защото с времето ДНК се модифицира химически и се разгражда на къси фрагменти. След хиляди години са останали само следи от ДНК, а това, което остава, е масово замърсено с ДНК от бактерии и съвременни хора. Като постдокторант с Алън Уилсън – пионер в областта на еволюционната биология, Паабо започва да разработва методи за изследване на ДНК от неандерталци, начинание, продължило няколко десетилетия.
През 1990 г. Паабо е назначен в Мюнхенския университет, където, като професор, продължава работата си върху архаичната ДНК. Той решава да анализира ДНК от неандерталски митохондрии – органели в клетки, които съдържат собствена ДНК. Митохондриалният геном е малък и съдържа само част от генетичната информация в клетката, но присъства в хиляди копия, което увеличава шанса за успех. Със своите усъвършенствани методи Паабо успява да секвенира регион от митохондриална ДНК от 40 000-годишно парче кост. Така за първи път специалистите имат достъп до последователност от изчезнал роднина. Сравненията със съвременните хора и шимпанзетата показват, че неандерталците са генетично различни.

Квантова телепортация

Ален Аспект, Джон Ф. Клаузър, Антон Цайлингер

Трима души си поделят Нобеловата награда за физика за 2022 г.
за „експерименти със заплетени фотони, установяване на нарушението на неравенствата на Бел и пионерство в квантовата информационна наука“. Това са Ален Аспект от Université Paris-Saclay и École Polytechnique, Palaiseau, Франция, Джон Ф. Клаузър от J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, Калифорния, САЩ, и Антон Цайлингер от Виенския университет, Австрия.
И тримата учени провеждат новаторски експерименти, използвайки заплетени квантови състояния, където две частици се държат като една единица дори когато са разделени. Техните резултати разчистват пътя за нова технология, базирана на квантовата информация.
Неизразимите ефекти на квантовата механика започват да намират приложения. Сега има голямо поле за изследване, което включва квантови компютри, квантови мрежи и сигурна квантова криптирана комуникация.
Ключов фактор в това развитие е как квантовата механика позволява две или повече частици да съществуват в така нареченото заплетено състояние. Това, което се случва с една от частиците в заплетена двойка, определя какво се случва с другата частица, дори ако те са далеч една от друга.
Дълго време въпросът е дали има корелация, защото частиците в една заплетена двойка съдържат скрити променливи, инструкции, които им казват какъв резултат трябва да дадат в експеримент. През 60-те години на миналия век Джон Стюарт Бел разработва математическо неравенство, което е наречено на негово име. То гласи, че ако има скрити променливи, корелацията между резултатите от голям брой измервания никога няма да надхвърли определена стойност. Квантовата механика обаче прогнозира, че определен тип експеримент ще наруши неравенството на Бел, като по този начин ще доведе до по-силна корелация, отколкото иначе би било възможно.
Джон Клаузър развива идеите на Джон Бел, което води до практически експеримент. Когато той прави измерванията, те подкрепят квантовата механика, като явно нарушават неравенството на Бел. Това означава, че квантовата механика не може да бъде заменена от теория, която използва скрити променливи.
С усъвършенствани инструменти и дълги серии от експерименти, Антон Цайлингер започва да използва заплетени квантови състояния. Освен всичко друго неговата изследователска група демонстрира феномен, наречен квантова телепортация, който прави възможно преместването на квантово състояние от една частица към друга на разстояние.
„Става все по-ясно, че се появява нов вид квантова технология. Виждаме, че работата на лауреатите със заплетени състояния е от голямо значение дори отвъд фундаменталните въпроси за тълкуването на квантовата механика“, коментира Андерс Ирбек – председател на Нобеловия комитет по физика.

Що е то клик-химия

Каролин Р. Бертоци, Мортен Мелдал, К. Бари Шарплес

Кралската шведска академия на науките присъжда Нобеловата награда за химия за 2022 г. на Каролин Р. Бертоци от Станфордския университет, Калифорния, САЩ, Мортен Мелдал от Университета на Копенхаген, Дания, и К. Бари Шарплес от Scripps Research, La Jolla, Калифорния, САЩ, за „развитие на клик-химията и биоортогоналната химия“.
Нобеловата награда за химия за 2022 г. се връчва за намирането на начини да се улеснят сложни процеси. Бари Шарплес и Мортен Мелдал са положили основите на функционална форма на химия – клик-химия или химия с едно щракване, в която молекулярните градивни елементи се свързват бързо и ефективно. Просто се казва „щрак“ и молекулите се свързват заедно. А Каролин Бертоци пренася клик-химията в ново измерение и започва да я използва в живи организми. Тя въвежда термина „биоортогонална химия“ за химични реакции, съвместими с живите системи.
Химиците отдавна са водени от желанието да създават все по-сложни молекули. Във фармацевтичните изследвания това често е включвало изкуствено пресъздаване на естествени молекули с лечебни свойства. Това довежда до много възхитителни молекулярни конструкции, но те обикновено отнемат време и са много скъпи за производство.
„Тазгодишната награда по химия не се занимава с прекалено усложняване на нещата, а работи с това, което е лесно и просто. Функционални молекули могат да бъдат изградени дори по лесен път“, казва Йохан Аквист – председател на Нобеловия комитет по химия.
Бари Шарплес, който получава своята втора Нобелова награда за химия, дава тласък на този процес. Около 2000 г. той измисля концепцията за клик-химията. Това е форма на проста и надеждна химия, при която реакциите протичат бързо и се избягват нежелани странични продукти.
Тези реакции сега се прилагат в световен мащаб за изследване на клетки и проследяване на биологични процеси. Използвайки биоортогонални реакции, изследователите са подобрили по-точното насочване на лекарства срещу рак към проблемните зони. Тези лекарства сега се тестват в клинични изпитвания.
Клик-химията и биоортогоналните реакции отвеждат химията в ерата на функционализма. Това носи най-голямата полза за човечеството.