От иммунного равновесия до квантовых чипов и "умных" материалов. За что дали Нобеля-2025 по физике, медицине и химии

"ДС" разобралась, за что присудили главные научные награды и какую пользу для человечества несут открытия исследователей.

Химия: разработка металлоорганических каркасов

Нобелевская премия по химии 2025 года присуждена Сусуму Кинагаве (Киотский университет, Япония), Ричарду Робсону (Мельбурнский университет, Австралия) и Омару Яги (Калифорнийский университет в Беркли, США) за разработку металлоорганических каркасов — новых пористых материалов, которые могут удерживать, фильтровать и хранить различные химические вещества.

Ученые создали новый тип молекулярных конструкций с крупными полостями, через которые могут проходить газы и другие вещества. Эти каркасные материалы, известные как металлоорганические структуры, открывают путь к инновационным применениям — от извлечения воды из воздуха в пустынях и захвата углекислого газа до хранения токсичных газов и катализа химических реакций.

"Металлоорганические каркасы обладают колоссальным потенциалом, открывая невиданные возможности для создания материалов с новыми, специально сформированными функциями", — отметил председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линке.

Первые шаги в этом направлении сделал Ричард Робсон в 1989 году, когда он соединил положительно заряженные ионы меди с четырехлучевой органической молекулой. Полученная структура напоминала кристалл, подобный алмазу, наполненный множеством полостей. Однако этот каркас был нестабилен. Решающий прогресс достигнут Сусуму Китагава и Омаром Яги, которые независимо друг от друга в 1992–2003 годах разработали более стабильные и функциональные версии таких материалов.

Китагава доказал, что газы могут свободно проникать в структуры MOF и выходить из них, а также предсказал их гибкость. Яги создал исключительно стабильный MOF и показал, что его можно целенаправленно модифицировать, придавая нужные свойства.

После этих открытий химики по всему миру синтезировали десятки тысяч разновидностей MOF. Они могут помочь в решении важнейших проблем человечества — очистке воды от PFAS, разложении остатков лекарственных веществ в окружающей среде, улавливании углекислого газа или сборе влаги из пустынного воздуха.

Общая сумма премии — 11 млн шведских крон (1,16 млн долларов) — будет поровну разделена между лауреатами.

Физика: квантовое туннелирование и квантование энергии

Королевская шведская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике 2025 года Джону Кларку, Мишелю Г. Деворе и Джону М. Мартинису "за открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрической цепи".

В 1984–1985 годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис провели серию экспериментов с электронной схемой, построенной из сверхпроводников — компонентов, способных проводить ток без электрического сопротивления. Эти эксперименты доказали, что удивительные явления квантовой механики можно наблюдать не только в мире атомов, но и в системах, достаточно больших, чтобы держать их в руке. В своих исследованиях они создали сверхпроводящую электрическую цепь, которая способна "проходить сквозь стену" — переходить из одного состояния в другое благодаря явлению квантового туннелирования.

Усовершенствуя и измеряя различные свойства своей схемы, они смогли контролировать и изучать явления, возникавшие при прохождении тока. Заряженные частицы, движущиеся через сверхпроводник, образовывали систему, которая вела себя так, будто это одна частица, заполняющая всю цепь. Эта макроскопическая "частица" сначала находится в состоянии, при котором ток течет без напряжения. Система застревает в этом состоянии, словно за барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система демонстрирует свою квантовую природу, выходя из состояния нулевого напряжения с помощью туннелирования. Изменение состояния фиксируется появлением напряжения.

Лауреаты также продемонстрировали, что система ведет себя так, как предсказывает квантовая механика: она квантована — поглощает или излучает только определённое количество энергии.

Это открытие показывает, что квантовые эффекты можно контролировать в макроскопических системах, и прокладывает путь к следующему поколению квантовых технологий — квантовым компьютерам, сенсорам и средствам шифрования.

"Их эксперименты перенесли квантовую физику с микроскопического уровня в мир, который мы можем видеть и трогать. Это чрезвычайно важный шаг в развитии современной науки", — отметили в Нобелевском комитете по физике.

Джон Кларк — профессор, специалист по сверхпроводимости и квантовым измерениям.

Мишель Г. Деворе — профессор Йельского университета, известный работами в области квантовых электрических цепей.

Джон М. Мартинис — профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, один из пионеров создания квантовых процессоров.

Премия будет поделена между ними поровну.

Медицина: за открытие механизмов, сдерживающих иммунную систему

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине в этом году стали Мэри Э. Бранкоу, Фред Ремсделл и Шимон Сакагути. Их отметили "за открытие механизмов периферической иммунной толерантности, которые предотвращают атаку иммунной системы на собственные ткани организма".

Иммунная система человека — мощный защитный механизм, способный уничтожать бактерии, вирусы и даже опухолевые клетки. Но без надлежащего контроля она может начать атаковать собственные органы, вызывая аутоиммунные заболевания — диабет 1 типа, ревматоидный артрит, рассеянный склероз. Открытия лауреатов объяснили, как организм сдерживает собственную иммунную защиту, поддерживая баланс между активностью и толерантностью.

Шимон Сакагути еще в 1995 году впервые идентифицировал регуляторные Т-клетки (Treg) — особый тип клеток, которые "выключают" чрезмерно активные иммунные реакции. В 2001 году Мэри Э. Бранкоу и Фред Ремсделл открыли ген FOXP3, который управляет развитием этих регуляторных клеток. Они работали с определённым штаммом мышей, склонных к аутоиммунным заболеваниям, и установили, что мутации в гене FOXP3 приводят к тяжелому иммунному синдрому IPEX у людей. Через два года Сакагути связал эти открытия, доказав, что именно ген FOXP3 контролирует формирование ранее описанных им клеток.

Когда этот ген поврежден, иммунная система теряет контроль и начинает атаковать собственное тело. Эти открытия показали, как организм поддерживает иммунное равновесие, и заложили основу для новой области исследований — терапии на основе регуляторных Т-клеток, открыв новые возможности для лечения. Работы лауреатов уже повлияли на разработку инновационных методов лечения рака, аутоиммунных и воспалительных заболеваний, а также способствовали развитию подходов, повышающих успешность трансплантаций. Современные иммунотерапии направлены на восстановление или временное выключение иммунной толерантности — в зависимости от нужд организма.

"Их открытия имели решающее значение для нашего понимания того, как функционирует иммунная система и почему не все мы страдаем тяжелыми аутоиммунными заболеваниями", — отметила председатель Нобелевского комитета Олле Кемпе. Денежная награда будет разделена между учеными.

Нобелевские премии вручаются с 1901 года. Премии по физике и химии присуждает Королевская шведская академия наук, а премию по физиологии или медицине — Каролинский институт в Стокгольме. В своем завещании 1895 года Альфред Нобель определил пять направлений, в которых ежегодно должны вручаться награды: физика, химия, физиология или медицина, литература и вклад в дело мира. С 1969 года также присуждается Премия Шведского центрального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля. Право выдвигать кандидатов имеют ученые, предыдущие лауреаты, члены академий наук, национальных ассамблей, правительств и международных организаций.