Ko je dobio Nobelove nagrade 2022? Istaknuta imena su Anton Zeilinger te Svante Pääbo i Barry Sharpless koji je već jednom dobio Nobelovu nagraduza hemiju.
Bilans objave imena dobitnika Nobelovih nagrada za kategorije prirodnih nauka je: imamo još jednu ženu dobitnicu (Carolyn Bertozzi, Novelova nagrada za hemiju), još jednog dvostrukog nobelovca (K. Barry Sharpless, Nobelova nagrada 2001. za hemiju i 2022. za hemiju) i jednu LGBTIQ osobu (Svante Pääbo, otvoreno biseksualan, Nobelova nagrada za medicinu ili fiziologiju). Ove godine smo imali 1 Šveđanina, 1 Austrijanca, 1 Francuza, 1 Danca i 3 Amerikanaca.
Nobelova nagrada za medicinu i fiziologiju: evolucija čovjeka, neandertalci i denisovci, paleogenomika
Dobitnik Nobelove nagrada za fiziologiju ili medicinu 2022. je Svante Pääbu i to njegova otkrića vezana za sekvenciranje genoma izumrlih hominina neandertalaca i denisovaca i ljudske evolucije. Zanimljiv je da je on vanbračni sin švedskog biohemičara i nobelovca Sune Bergströma, koji je dobio Nobelovu nagradu za medicinu 1982. za otkriće prostaglandina.
Pääbo je švedski genetičar, specijaliziran za evolutivnu genetiku i svjetski je poznat po svom radu na proučavanju neandertalaca. Možemo slobodno reći da je on broj jedan stručnjak za neandertalce u svijetu. Bio je uključen u većinu studija objavljenih o neandertalcima u posljednjih deceniju-dvije. Rođen je 1955. u Stockholmu, a sada radi pri Max Planck Institutu za evolutivnu antropologiju u Leipzigu, institutu koji je osnovao.
Mi smo u školi obično učili da su neandertalci primitivnija, i izumrla vrsta iz roda Homo i često ih se prikazivalo kao grube i manje pametne. Ispostavlja se da si neandertalci bili jako kognitivno razvijeni, čak su imali i određenu duhovnost te da nisu baš skroz izumrli: 1-4% naše DNK, preciznije, ljudi koji nisu iz Afrike, je neandertalskog porijekla. I također, naučna zajednica je danas bliža tome da tretira neandertalce kao podvrstu naše vrste, a ne zasebnu vrstu.
Svante Pääbo je otkrio da je do prenosa gena došlo s ovih sada izumrlih hominina na našu vrstu. Ovaj drevni protok gena za današnje ljude danas ima fiziološku važnost, na primjer utječe na to kako naš imunološki sistem reaguje na infekcije. Također je otkrio i proučavao još jednog našeg rođaka, denisovce, nazvane tako po spilji Denisova u Sibiru gdje su otkriveni fragmenti kostiju ove, do prije koju godinu, nepoznate vrste hominina.
Pääbo je švedski evolutivni genetičar i vrhunski stručnjak u svijetu za neandertalce. Rođen je 1955. u Stockholmu, a radi pri Max Planck Institutu za evolutivnu antropologiju u Leipzigu. Otvoreno se izjašnjava kao biseksualac te je tako on, čini se, prva otvoreno LGBTIQ osoba koja je dobila Nobelovu nagradu za naučnu disciplinu. Pääbo je otkrio da se prenos gena između neandertalaca i Homo sapiensa dogodio nakon migracije iz Afrike prije oko 70.000 godina.
Svante Pääbo je analizirao i neandertalsku mitohondrijalnu DNK (mtDNK) – DNK koja se nalazi u ćelijskim organelama zvanim mitohondrije, a nasljeđujemo je samo od majki, budući da spermatozoid ima mitohondrije samo u repu, koji “ostavlja” kada se probije u jajnu ćeliju.
MtDNA ima veće šanse da opstane u starim kosturima nego jedarna DNK budući da svaka ćelija sadrži stotine do hiljade kopija mtDNK, ali samo dvije kopije jedarne DNK. Stoga je Pääbo odabrao mtDNK kao prvu metu sekvenciranja neandertalca za svoja istraživanja. Početna sekvenca mtDNK koju je dobio bila je duga 61 nukleotid. Većina klonova sadržavala je varijante koje nisu viđene među današnjim ljudima. Poduzete su opsežne mjere opreza i izvedeni su kontrolni eksperimenti kako bi se osiguralo da je sekvenca endogena. Pokusi su ponovljeni s novim komadom kosti s istim rezultatom. Komad neandertalske kosti također je poslan Marku Stonekingu u laboratorij za antropološku genetiku Državnog unverziteta Pennsylvania, na replikaciju u neovisnom laboratoriju. Fragmenti DNK koji se preklapaju zatim su amplificirani, klonirani i sekvencionirani kako bi se rekonstruirao duži niz. Kako bi se istražio odnos između modernih ljudi i neandertalaca, 379 nukleotida neandertalske mtDNA uspoređeno je sa kolekcijom od 2051 ljudske i 59 sekvenci mtDNK čimpanze. Pokazalo se da slijed ne spada u varijacije evropskog, afričkog, azijskog, indijanskog i australskog/oceanskog Homo sapiensa.
Filogenetsko modeliranje pokazalo je da današnji genski fond mtDNK potječe iz Afrike, što je u skladu s prethodnim otkrićima, te da je zajednički predak koji nosi ovu mtDNA živio prije 120 000 – 150 000 godina. Na temelju analize mtDNK, vrijeme od postojanja zajedničkog pretka neandertalca i anatomski savremenog čovjeka procijenjeno je na četiri puta duže; 550 000 do 690 000 godina. Rezultati su sugerisali da su neandertalci izumrli bez doprinosa mtDNK današnjim ljudima.
Pääboov rad je iznjedrio i novu naučnu disciplinu, koja se zove paleogenomika. To je nauka koja rekonstruira i analizira genome izumrlih vrsta. Postojanje ove nauke je omogućeno i enormnim napretkom u sekvenciranju genoma i poboljšanim metodama ekstrakcije drevne DNK. On je i autor knjige Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes.
Sekvenciranjem genoma neandertalca, Pääbo je pokazao da se sekvenca genoma iz izumrlog hominina iz kasnog pleistocena može pouzdano obnoviti i analizirati, uvodeći novi pristup proučavanju naše evolucijske povijesti.
Nobelova nagrada za fiziku: kvantna mehanika, prepletene čestice i kvantne informacije
Ove godine, Nobelova nagrada za fiziku od 10 miliona švedskih kruna će biti ravnomjerno podijeljena Alainu Aspectu, Johnu F. Clauseru and Antonu Zeilingeru, za doprinos razumijevanja kvantne prepletenosti i kvantne informacije, odnosno, za polje kvantne mehanike. Oni su proveli važne i revolucionarne eksperimente koristeći fenomen zvani quantum entanglement (kod nas se prevodi kao kvantna prepletenost ili kvantna isprepletenost), gdje se dvije čestice ponašaju kao jedna jedinica čak i kada su odvojene. Njihovi rezultati otvorili su put novoj tehnologiji koja se temelji na kvantnim informacijama.
Kvantna prepletenost je od elemenata kvantne mehanike o kojem se najviše raspravljalo otkad je teorija formulirana. Albert Einstein je govorio o sablasnoj akciji na daljinu, a Erwin Schrödinger je rekao da je to najvažnija osobina kvantne mehanike.
Zahvaljujući njima, učinci kvantne mehanike počinju pronalaziti primjene. Sada postoji veliko polje istraživanja koje uključuje kvantne kompjutere, kvantne mreže i sigurnu kvantno šifriranu komunikaciju. Jedan ključni faktor u ovom razvoju je kako kvantna mehanika dopušta postojanje dviju ili više čestica u prepletenom stanju. Ono što se događa s jednom od čestica u zapletenom paru određuje što će se dogoditi s drugom česticom, čak i ako su daleko jedna od druge. Einstein je tu pojavu, koju je njegova teorija predvidjela, nazvao „spooky action at a distance”, odnosno, „sablasne akcije na daljinu“. Tek je fizičar iz Sjeverne Irske, John Bell, šezdesetih godina krenuo da testira ovu ideju i nadošao je na nešto što se zove „Bellova nejednakost” ili „Bellova teorema”.
John Clauser se zainteresirao za osnove kvantne mehanike kao student 1960-ih. Nije se mogao otresti ideje Johna Bella nakon što je pročitao o njoj i, na kraju, on i još tri istraživača uspjeli su predstaviti prijedlog za realističnu vrstu eksperimenta koji se može koristiti za testiranje Bellove nejednakosti. John F. Clauser je rođen 1942. u Pasadeni, savezna država Kalifornija, Sjedinjene Države. Doktorirao 1969. na Univerzitetu Columbia, New York.
John Clauser razvio je ideje Johna Bella, što je dovelo do praktičnog eksperimenta. Kada je izvršio mjerenja, ona su poduprla kvantnu mehaniku jasno kršeći Bellovu nejednakost. To znači da se kvantna mehanika ne može zamijeniti teorijom koja koristi skrivene varijable. John F. Clauser je rođen 1942. u Pasadeni. Alain Aspect je potom razvio postavku. Alain Aspect je rođen 1947. u Agenu, Francuska. Doktorirao 1983. na Univerzitetu Paris-Sud, Orsay, Francuska, a sada je profesor na Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, Francuska.
Koristeći rafinirane alate i duge nizove eksperimenata, austrijski teorijski fizičar Anton Zeilinger je počeo koristiti isprepletena kvantna stanja. Između ostalog, njegova istraživačka skupina demonstrirala je fenomen nazvan kvantna teleportacija, koji omogućuje premještanje kvantnog stanja s jedne čestice na česticu na udaljenosti. Anton Zeilinger je rođen 1945. u Ried im Innkreisu, Austrija. Zeilinger je doktorirao na Univerzitetu u Beču i trenutno je profesor na istom univerzitetu. Godine 2020. netom prije pandemije, posjetio je Sarajevo i bio na Prirodno-matematičkom fakultetu, održavši predavanje. Pročitajte ovaj intervju s njim koji je urađen za Glas Amerike prilikom posjete.
Zanimljive stvari se događaju ako čestice u isprepletenom paru putuju u suprotnim smjerovima i jedna od njih tada susretne treću česticu na takav način da se one prepletu. Zatim ulaze u novo zajedničko stanje. Treća čestica gubi svoj identitet, ali su njena izvorna svojstva sada prenesena na solo česticu iz originalnog para. Ovaj način prijenosa nepoznatog kvantnog stanja s jedne čestice na drugu naziva se kvantna teleportacija. Ovu vrstu eksperimenta prvi su proveli 1997. godine Anton Zeilinger i njegove kolege.
Još: The Universe Is Not Locally Real, and the Physics Nobel Prize Winners Proved It
Nobelova nagrada za hemiju 2022: klik hemija
Što se tiče ovogodišnje Nobelove nagrade za hemiju, tu konačno imamo lijepu situaciju da će nagradu podijeliti i jedna žena, Amerikanka Carolyn Bertozzi, koja je profesorica na Stanfordu. Druge dvije trećine nagrade će biti dodijeljene Mortenu Meldalu i K. Barryju Sharplessu. Meldal dolazi iz Danske, a Sharpless također kao i Carolyn, iz Kalifornije, radi na Institutu Scripps.
Ovim je povećan i broj dvostrukih nobelovaca: Sharplessu je ovo druga Nobelova nagrada, prvu je primio 2001. On je tako postao druga osoba na svijetu koja je dobila dvije Nobelove nagrade za hemiju – prva je bio Frederick Sanger.
Sharpless je rođen 1941. u Philadelphiji, Sjedinjene Države, a sada je profesor na Scripps Research u La Jolla, Kalifornija.
Morten Meldal je rođen 1954. u Danskoj i profesor na Univerzitetu u Kopenhagenu. Carolyn R. Bertozzi, je rođena 1966. u Sjedinjenim Državama. Doktorirala 1993. na Univerzitetu Kalifornija Berkeley, a sada je profesor na Univerzitetu Stanford.
Nobelova nagrada za hemiju 2022. dodijeljena je za otkriće i razvoj koncepta „klik“ hemije, koji zapravo predstavlja način spajanja molekula u veće konstrukcije. To je oblik jednostavne i pouzdane hemije, gdje se reakcije odvijaju brzo i izbjegavaju neželjeni nusproizvodi, odnosno, smanjuje količina nečistoća. Spomenuti naučnici su otkrili i unaprijedili ključnu reakciju koja se može koristiti za povezivanje dviju molekula – azida i alkina – s relativnom lakoćom. Neovisno jedan o drugom, otkrili su bakrom kataliziranu azid-alkin cikloadiciju.
Veliki problem za hemičare bile su veze između atoma ugljika koje su toliko važne za hemiju života. U principu, sve biomolekule imaju okvir od povezanih atoma ugljika – to su različite organske molekule. Život je razvio metode za njihovo stvaranje, pomoću enzima, ali pokazalo se da je to notorno teško za hemičare. Razlog je taj što atomi ugljika iz različitih molekula često nemaju hemijski pogon za međusobno stvaranje veza, pa ih je potrebno umjetno aktivirati. Ova aktivacija često dovodi do brojnih neželjenih nuspojava i skupog gubitka materijala.
Umjesto da pokuša natjerati nesklone atome ugljika da međusobno reaguju, Barry Sharpless je potaknuo svoje kolege da počnu s manjim molekulama koje su već imale kompletan ugljikov okvir. Te jednostavne molekule tada bi se mogle međusobno povezati koristeći mostove atoma dušika ili atoma kisika, koje je lakše kontrolisati. Ako hemičari odaberu jednostavne reakcije – gdje postoji jak intrinzični poticaj da se molekule međusobno povežu – izbjegavaju mnoge nuspojave, uz minimalan gubitak materijala.
Barry Sharpless ovu je metodu za izgradnju molekula nazvao klik hemijom (click chemistry), rekavši da čak i ako hemija klikova ne može dati tačne kopije prirodnih molekula, biće moguće pronaći molekule koje ispunjavaju iste funkcije. Kombinovanjem jednostavnih hemijskih građevnih blokova moguće je stvoriti gotovo beskrajnu raznolikost molekula, pa je bio uvjeren da klik kemija može generisati lijekove koji su jednako prikladni za svoju svrhu kao oni koji se nalaze u prirodi i koji se mogu proizvoditi u industrijskim razmjerima.
Ove reakcije olakšavaju proizvodnju novih materijala koji odgovaraju namjeni. Ako proizvođač plastici ili vlaknu doda azid koji se može kliknuti, promjena materijala u kasnijoj fazi je jednostavna; moguće je kliknuti tvari koje provode struju, hvataju sunčevu svjetlost, djeluju antibakterijski, štite od ultraljubičastog zračenja ili imaju druga poželjna svojstva. U farmaceutskim istraživanjima, klik hemija koristi se za proizvodnju i optimizaciju tvari koje potencijalno mogu postati lijekovi. Mnogo je primjera onoga što klik hemija može postići. Međutim, nešto što Barry Sharpless nije predvidio je da će se koristiti kod živih bića.
Početkom 1990-ih Carolyn Bertozzi počela je mapirati glikan koji privlači imunološke stanice u limfne čvorove. Nedostatak efikasnihalata značio je da su bile potrebne četiri godine da se shvati kako glikan funkcioniše. Ovaj izazovan proces natjerao ju je da sanja o nečem boljem – i imala je ideju. Tokom seminara slušala je njemačkog naučnika koji je objašnjavao kako je uspio natjerati ćelije da proizvode neprirodnu varijantu sijalične kiseline, jednog od šećera koji grade glikane. Bertozzi se stoga počela pitati bi li mogla upotrijebiti sličnu metodu kako bi natjerala stanice da proizvode sialičnu kiselinu s nekom vrstom hemijske “ručke”. Kad bi ćelije mogle ugraditi modificiranu sijaličnu kiselinu u različite glikane, mogla bi upotrijebiti hemijsku ručku da ih mapira. Mogla je, na primjer, pričvrstiti fluorescentnu molekulu na dršku. Emitirano svjetlo tada bi otkrilo gdje su glikani skriveni u ćeliji.
1997. godine Carolyn Bertozzi uspjela je dokazati da njezina ideja doista funkcioniše. Sljedeći proboj dogodio se 2000. godine, kada je pronašla optimalnu hemijsku ručku: azid. Modificirala je poznatu reakciju – Staudingerovu reakciju – na genijalan način i upotrijebila je za povezivanje fluorescentne molekule s azidom koji je uvela u ćelijske glikane. Budući da azid ne djeluje na ćelije, može se unijeti čak i u živa bića.
Time je već dala važan dar biohemiji. Njena modifikovana Staudingerova reakcija može se koristiti za mapiranje stanica na razne načine, ali Bertozzi i dalje nije bila zadovoljna. Shvatila je da kemijska ručka koju je koristila – azid – ima puno više za dati.
Meldal i Sharpless su nezavisno jedan o drugome nadošli na koncept i kreirali prve kompleksne molekule ovom metodom dok je Bertozzi njihov rad digla na novi nivo – primijenila je klik hemiju na živim ćelijama, što joj je bilo potrebno za istraživanje glikana, pri čemu je morala biti oprezna da ne ošteti ćelije. Ovom metodom je otkrivena i jedna donedavno nepoznata vrsta RNK – glikolizirana RNK.
Ova metoda se već sad koristi za poboljšanje terapija kancera, imunoterapije i tehnike dostavljanja lijekova u organizam. Mnogi su istraživači također počeli razvijati antitijela koja se mogu kliknuti i koja ciljaju na niz tumora. Nakon što se antitijela vežu za tumor, ubrizgava se druga molekula koja klikne na antitijelo. Na primjer, to bi mogao biti radioizotop koji se može koristiti za praćenje tumora pomoću PET skenera ili koji može usmjeriti smrtonosnu dozu zračenja na stanice raka.
