Stejně jako v úterý, ani ve středu se předávání Nobelových cen neobešlo bez pečiva. Zatímco v úterý ho profesor Thors Hans Hansson použil k tomu, aby vysvětlil, čím se zabývá laikům málo známá vědecká disciplína topologie, ve středu použila pečivo ve své demonstraci chemička Sara Snogerupová, která k sobě složila bagel („housku s dírou uprostřed“) a rohlík.
Toto není vtip! Vyhrál jste Nobelovku. Jak to vypadá, když volá ŠvédskoHovor od švédské akademie věd je pro vědce zcela exkluzivní a unikátní zážitek. A to nejen proto, že po něm následuje doslova mediální bouře. Podívejte se, jak se vědci dozvědí, že obdrželi cenu Alfreda Nobela.  |
Chtěla předvést jeden ze základních přínosů letošních laureátů k vývoji moderní chemie: vytváření pohyblivých molekul. Tím nemíníme molekuly, které mění svou polohu, ale molekuly, které mají pohyblivé části - navíc části, které se mohou hýbat na přání. Mohou fungovat jako miniaturní stroje, které slavně předpovídal (mimochodem v růžovém tričku a šortkách) v roce 1984 ve slavné přednášce fyzik Richard Feynman a pro které se vžil název „nanoboti“.
Není to zdaleka tak triviální výtvor, jak by se mohlo zdát. Molekuly obecně řečeno od přírody tíhnou k vytváření stabilních a víceméně „napevno“ spojených útvarů bez pohyblivých částí, které se úplně náhodně pohybují někde kolem tohoto rovnovážného stavu. V podstatě se zdá těžko představitelné, že by mohly pracovat podle našich pokynů.
Už v 50. a 60. letech se sice objevily zprávy o vytváření řetězců navzájem spojených molekul, které se mohly do jisté míry vzájemně volně pohybovat a mohlo by být možné jejich pohyb nějak ovlivňovat. Ale použité postupy byly neprakticky komplikované, neúčinné a pro takové molekuly nikdo neviděl vhodné využití. A tak byl výzkum v této oblasti považován spíše za kuriozitu než cokoliv jiného. V roce 1983 ovšem vstoupil na scénu první z letošních laureátů, Francouz Jean-Pierr Sauvage. Ten se původně zabýval něčím jiným (vytvářením fotochemických látek, které dokážou „skladovat“ energii ze světelného záření). Ovšem během jednoho experimentu si všiml, že se mu bezděky podařilo volně spojit molekuly.
Schéma postupu týmu Jean-Pierra Sauvage, který v roce 1983 otevřel dveře k vytváření řetězců molekul, které se staly zase základem pro stavbu chemických robotů.
Díky přítomnosti měděného iontu při reakci dokázal zjednodušeně řečeno provléknout jednu molekulu kroužkem druhé molekuly. Když se pak „provázek“ jedné molekuly uzavřel do prstence, vznikly tak dva pevně spojené, ale vzájemně pohyblivé prstence. Klíčové přitom bylo, že tento postup byl velmi účinný a efektivní, takže vytváření spojených prstenců probíhalo snadno a rychle. Další vědci je tedy mohli snadno vytvářet a „hrát“ si s nimi. Postupně tak vznikaly další, podstatně komplikovanější tvary, složené obvykle z několika bílkovin (bílkoviny jsou základní stavební surovina chemických robotů obecně).
Ke strojům!
Sauvage s kolegy si brzy uvědomili, že jejich objev otevírá cestu i k tvorbě extrémně malých, jednoduchých stojů. V roce 1994 vytvořili systém ze dvou provlečených molekul, ve kterém se jedna otočila po dodání energie přesně o celou jednu otáčku (směr pohybu byl ovšem náhodný, takže to nebyl úplně vhodný motor, ke kterému se dostaneme dále).
Tak vznikl jeden důležitý díl skládačky dnešních molekulárních strojů. Druhý klíčový díl zatím dodal Brit Fraser Stoddart. Jeho skupina v roce 1991 připravila součástku dnes nazývanou rotaxan, což je složenina z latinských slov pro kolo (rota) a osu (axis). V podstatě jde o kroužek navlečený kolem „činky“, která je na koncích větší než průměr kroužku. Stoddartův tým navíc připravil systém, jak kroužek donutit, aby se pohyboval na přání mezi dvěma místy po délce osy podle dodané energie (to se podařilo v roce 1994).
Stoddardova skupina dokázala tuto součástku využít k vytváření mnoha jednoduchých strojů, třeba molekulárního „výtahu“. Ve spolupráci s dalšími se mu také podařilo vytvořit jednoduchý počítačový čip s 20 kB paměti, proti kterému jsou dnešní počítačové čipy nemotorní obři. Technologie zatím není tak levná a dobře zvládnutá, aby nahradila křemík, ale rozhodně by výhledově mohla výrazně změnit počítačovou techniku.
Inovace nezaspal ani Sauvage, který například vyvinul elastickou strukturu, která dokáže při zmáčknutí ukládat energii podobně jako lidský sval.
K vytváření skutečně univerzálních nanostrojů ovšem chybělo ještě jedno: vhodný motor. A tak je čas věnovat se práci třetího oceněného, Nizozemce Bernarda Feringy.
Bernard Feringa, jeden ze tří nositelů Nobelovy ceny za chemii pro rok 2016
Máme motor!
Vytvoření molekulárního motoru schopného pracovat nepřetržitě jedním směrem se během 90. let jevilo jako zcela logický cíl celé řadě týmů. Nebylo to jednoduché právě kvůli v úvodu zmíněným sklonům molekul k náhodnému pohybu. Právě Feringa byl nakonec podle mínění Nobelovy komise vítězem tohoto závodu.
V roce 1999 představil motor, který díky chytrému designu pohyboval skutečně jen jedním jediným směrem. Zjednodušeně řečeno ozáření UV světlem vedlo k posunu části systému o 180 stupňů, po kterém skočila na místo „ráčna“, která zabránila návratu molekuly do původní polohy. Po dalším pulzu UV světla se tak celý proces mohl opakovat z nové pozice. První motor nebyl zrovna rychlý, ale vývoj pokračoval. V roce 2014 pak tým představil molekulární motor, který zvládne 12 milionů otáček za sekundu. V další práci předvedl, jak molekulární motory mohou pohybovat objektem zhruba desettisíckrát větším, než jsou samy.
Jean-Pierre Sauvage, nositel Nobelovy ceny za chemii pro rok 2016 (zřejmě) důrazně vysvětluje novinářům, jak fungují molekulární stroje.
Díky práci letošních laureátů (a samozřejmě nejen jich) se dnes s chemickými roboty, či nanoboty, což je jistě chytlavější termín, „zabývá celá řada výzkumných týmů po celém světě, které přicházejí s celou řadou dovedností.
V roce 2013 byl například poprvé předveden miniaturní chemický robot, který dokáže uchopit a spojovat kousky aminokyselin - tedy stavebních dílů bílkovin. Existují další, které dokážou relativně efektivně uskladnit světelnou energii a tak dále a tak dále.
V Česku například existuje specializovaná a vysoce hodnocená laboratoř chemických robotů při VŠCHT známá jako Chobotix, jejímž vedoucím je chemik František Štěpánek. Ten například pracoval na vývoji chemických robotů, které by mohly dopravit léčiva přímo k rakovinovým buňkám pacienta, jak jste si mohli přečíst v rozhovoru, který jsme vydali na Technetu.
To je jen jedno z mnoha možných využití, která se pro podobné miniaturní stroje nabízí. Určitě se najdou stovky, možná tisíce dalších, které stojí minimálně za zamyšlení. A nemusí být ani příliš dlouhé: chemické roboty pomalu přerůstají jen laboratoře a nezdá se být daleko doba, kdy vyrazí do praxe. Právě to byl jeden důvod, který ovlivnil letošní výběr Nobelovy komise.
Nobel 2016
Laureáti Nobelovy ceny za chemii si stejně jako ostatní laureáti kromě prestižní medaile a diplomu si rozdělí i osm milionů švédských korun (22,5 milionu Kč). Slavnostní předání ocenění se uskuteční v den výročí úmrtí Alfreda Nobela 10. prosince.
Nositeli loňské Nobelovy ceny za chemii se stali Tomas Lindahl (Švédsko), Paul Modrich (USA) a Aziz Sancar (Turecko). Švédská akademie ocenila jejich přínos pro poznání mechanismů obnovy buněčné DNA, která se během našeho života nevyhnutelně poškozuje.
Fyzika přišla na řadu jako druhý obor, v pondělí 3. října už totiž byla udělena cena za medicínu, kterou získal japonský biolog Jošinori Ósumi za vysvětlení toho, jak se naše tělo v případě potřeby „požírá“. Následující den byli oznámeni vítězové fyzikální ceny, kterou se stali tři původem britští a v USA působící teoretičtí fyzici specializující se na poznání nezvyklých stavů hmoty.
V pátek bude následovat udílení Nobelovy cena za mír a příští pondělí za ekonomii. Datum ohlášení ceny za literaturu zatím nebylo oficiálně stanoveno, nicméně tiskové agentury s odvoláním na člena Švédské akademie Pera Wästberga uvedly, že její držitel bude vyhlášen až ve čtvrtek 13. října.
