В Москве объявили имена лауреатов Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» 2025 года. Подробнее о лауреатах и их достижениях читайте в материале.
Премия «ВЫЗОВ» — 2025 в номинации «Ученый года»
В нынешнем году номинация относится к области радиохимии. Лауреат принципиально изменил подход к работе с радиоактивными отходами, разделению радионуклидов и решению современных задач, стоящих перед ядерной энергетикой и радиохимической технологией.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» присудил премию 2025 года в номинации «Ученый года» за фундаментальные и прикладные исследования в области радиохимии и радиохимических технологий академику РАН Степану Калмыкову (МГУ имени М. В. Ломоносова).
2 марта 1896 года с доклада Анри Беккереля в Парижской академии наук началась новая эпоха в естественных науках: эпоха радиоактивности, ее осмысления и освоения человечеством. Через полтора десятка лет в своей Нобелевской лекции получившая премию по химии Мария Кюри положила начало радиохимии. Однако жизненно важной радиохимия стала после начала атомных проектов в США, СССР и других странах. Именно радиохимические методы используются в производстве ядерного топлива, при обращении с радиоактивными отходами и рекультивации объектов ядерного наследия.
Важнейшей проблемой современной ядерной энергетики стала проблема отработавшего ядерного топлива, поскольку оно представляет собой сложнейшую смесь долгоживущих и короткоживущих радиоактивных изотопов и требует безопасного хранения в течение сотен тысяч — миллиона лет, что ни одна современная технология строительства хранилищ обеспечить не может. Однако будущие технологии замкнутого ядерного цикла позволяют решить эту проблему — и работы Степана Калмыкова играют здесь ключевую роль.
Работы лауреата в номинации «Ученый года» — 2025 позволили совершить три прорыва в практических приложениях радиохимии:
работы лауреата позволили избирательно извлекать из смеси отработавшего ядерного топлива и прочих радиоактивных отходов долгоживущие радионуклиды для их последующего дожигания в реакторах замкнутого цикла, оставляя в отходах изотопы, требующие захоронения на сотни, а не на миллионы лет, что гарантированно осуществимо при нынешних технологиях. Эти открытия и технологические достижения стали одним из трех базовых компонентов замкнутого ядерного топливного цикла;
лауреат детально исследовал то, в каких физико-химических формах радионуклиды существуют, попав в природную среду, как они мигрируют и трансформируются на загрязненных территориях, и подобрал материалы для создания геохимических барьеров;
лауреат предложил технологии производства медицинских радиоизотопов радия-223 и актиния-225 и новые молекулярные конструкции для радиофармпрепаратов.
Работы Степана Калмыкова принципиально изменили современный ландшафт мировой радиохимии и заложили фундамент ядерных технологий нового поколения.
Премия «ВЫЗОВ» — 2025 в номинации «Перспектива»
В нынешнем году премия в номинации «Перспектива» для ученых в возрасте до 35 лет относится к области тонкого органического синтеза. Первая в истории премии женщина-лауреат создала новое направление в области образования новых химических связей, которое представляет собой важное достижение как в области чистой органической химии, так и в широкой области практических приложений — от новых материалов до защиты растений.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» присудил премию 2025 года в номинации «Перспектива» за разработку методов образования новых химических связей с участием электрического тока и органических пероксидов доктору химических наук Вере Виль (Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН).
Исторически пероксиды — вещества, содержащие цепочку из двух атомов кислорода, — известны еще с конца XVIII века, а самый известный из них, перекись водорода, был синтезирован Луи Жаком Тенаром в 1818 году, который назвал это вещество «кислородной водой».
Несмотря на то что перекись водорода нашла широкое применение — и именно ей обязаны своим цветом волос несколько поколений крашеных блондинок, — пероксиды стали «бедным родственником» в органической химии: их даже специально не изучают в университете, хотя пероксиды и их химия очень важны. Так, к примеру, вещество артемизинин, открытое Ту Юю, стало первым эффективным средством против малярии и принесло китаянке Нобелевскую премию по физиологии или медицине 2015 года, а в живых организмах пероксиды (например, из семейства простагландинов) — сигнальные молекулы, которые сообщают остальным органам о воспалительном процессе.
Биологическое действие пероксидов связано с их возможностью окислять атомы — отнимать от них электроны и соединять их с кислородом. Фундаментальные работы лауреата 2025 года направлены на создание новых связей между атомами при помощи пероксидов, изучение механизмов этих реакций и управление ими, а также образование новых химических связей при помощи другого «совершенного окислителя» — электрического тока. Во втором случае реакции проходят без образования лишних побочных продуктов, что делает их более экономными и экологичными, создавая новые инструменты для «зеленой химии».
Работы лауреата уже нашли применение в нескольких областях химической технологии: с помощью открытых ею реакций создаются и производятся новые материалы на основе сшитых между собой макромолекул полиэтилена (например, для кабельной промышленности), а также средства защиты растений.
Премия «ВЫЗОВ» — 2025 в номинации «Прорыв»
Номинация относится как к области понимания молекулярных основ живого, так и к области передовых биотехнологий. Лауреат 2025 года сумел постичь то, как светятся в темноте живые организмы и впервые в мире генетически перенести целую биохимическую цепочку, ответственную за феномен свечения, из одного царства живой природы в другое.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» присудил премию 2025 года в номинации «Прорыв» за расшифровку молекулярных механизмов биолюминесценции и создание светящихся растений доктору химических наук Илье Ямпольскому (Институт биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН).
Биолюминесценция — свечение живых организмов — издавна привлекала внимание человечества. Еще Плиний Старший отмечал свечение моря, а свет светлячков вошел в фольклор многих народов. Уже в XVII веке Роберт Бойль сумел увидеть сходство между биолюминесценцией и горением, показав, что и для первой, и для второго необходим кислород. Долгое время считалось, что светиться организмы заставляет находящийся в них белый фосфор.
В конце XIX века французский фармаколог Рафаэль Дюбуа сумел показать, что биолюминесценция имеет иную природу. В ней задействованы два вещества: небелковая молекула люциферин, которая окисляется под действием кислорода и фермента люциферазы («Люцифер» в переводе с латыни — «несущий свет»).
До работ лауреата было известно всего семь люциферинов, обеспечивающих люминесценцию некоторых бактерий, светлячков, червей, динофлагеллятов, ракообразных и медуз.
Илья Ямпольский с коллегами сумел открыть новые люциферины, в том числе обеспечивающие свечение грибов, расшифровать полный биохимический путь люминесценции, а затем — впервые в мире — методами генной инженерии полностью перенести этот биохимический путь, все необходимые гены, в растения. Так были созданы первые в истории светящиеся растения. Затем команда лауреата сумела увеличить светимость этих растений в тысячу раз и наладить коммерческое производство светящихся комнатных растений.
Однако этим заслуги лауреата не ограничиваются. Метод генноинженерной биолюминесценции с использованием системы люциферин/люцифераза уже широко применяется в биологии и биомедицинских исследованиях, при этом он имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными маркерами — флуоресцентными белками, поскольку не имеет фонового излучения и не фототоксичен.
Более того, созданный метод переноса целых биохимических цепочек от одного царства к другому открывает дорогу к инженерии новых признаков в эукариотах, включая фиксацию атмосферного азота.
Премия «ВЫЗОВ» — 2025 в номинации «Открытие»
В 2025 году премия в номинации «Открытие» присуждается в области, возникающей на стыке химии, биологии и медицины. Лауреат разработал реакцию, которая изменила представления о клик-химии, открыла новые подходы к изучению живых систем и привела к появлению современных диагностических и терапевтических технологий.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» присудил премию 2025 года в номинации «Открытие» за изобретение реакции, определившей клик-химию и преобразившей молекулярные науки и химию живых систем профессору Валерию Фокину (Университет Южной Калифорнии, США).
Химический контекст
В химии большинство реакций несовершенно: они идут медленно, дают побочные продукты или работают только в узких условиях. Поэтому исследователи давно мечтали о «универсальных» реакциях — быстрых, селективных, чистых и применимых к широкому спектру молекул. Среди исторических примеров — реакция Дильса–Альдера (Нобелевская премия 1950 года). В 2001 году лауреат Нобелевской премии Барри Шарплесс сформулировал концепцию клик-химии — сборки сложных молекул из небольших фрагментов с помощью высокоэффективных реакций, «щелкающих» как конструктор.
Создание CuAAC
В том же году Валерий Фокин, тогда уже молодой профессор Института Скриппса, независимо разработал реакцию, ставшую сердцем клик-химии. 30 октября 2001 года в его лабораторном журнале появилась запись о реакции азидов с алкинами в присутствии ионов одновалентной меди — медь-катализируемом азид-алкиновом циклоприсоединении (CuAAC). Сам лауреат подчёркивает, что CuAAC — именно изобретение, а не открытие: эта реакция не существует в природе и была сознательно сконструирована как новый химический инструмент. Несмотря на то, что приоритет Валерия Фокина в создании CuAAC никогда не оспаривался (включая многочисленные публичные выступления Шарплесса), Нобелевская премия 2022 года за развитие клик-химии была вручена Барри Шарплессу, Мортену Мельдалю и Каролин Бертоцци.
Как CuAAC изменила концепцию клик-химии
Работа Фокина не только создала основную реакцию клик-химии, но и расширила её смысл. То, что все компоненты CuAAC, алкин, азид и Cu(I), отсутствуют в живых организмах, позволило использовать эту реакцию как биоортогональный «молекулярный замок», к которому можно «пришивать» биомолекулы:
- антитела
- флуоресцентные метки
- терапевтические молекулы
- носители лекарств
CuAAC стала надёжным способом молекулярной сборки прямо в живых клетках и тканях.
Практическое значение
Работы Валерия Фокина привели к появлению технологий, широко используемых в науке и медицине, включая:
- системы визуализации Thermo Fisher Click-iT™
- методы секвенирования Illumina
- одобренный FDA препарат Trodelvy® для лечения метастатического рака молочной железы
Ежедневно по всему миру проводится множество тысяч реакций CuAAC — в химии, биологии, биомедицине, материаловедении и диагностике. Это позволяет считать Валерия Фокина как автора одной из ключевых технологий XXI века, уже приносящей реальную пользу человечеству.
Премия «ВЫЗОВ» — 2025 в номинации «Инженерное решение»
В нынешнем году номинация относится к области атомной энергетики нового поколения. Лауреаты совершили ключевой прорыв в замыкании ядерного цикла и преодолению энергетических вызовов человечества.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» присудил премию 2025 года в номинации «Инженерное решение» за создание технологии промышленного производства нитридного ядерного топлива Михаилу Скупову (АО «ВНИИНМ», ГК Росатом). Солауреатом премии стал Алексей Глушенков (АО «ВНИИНМ», ГК Росатом).
XX век ознаменовался вступлением человечества в эпоху ядерных технологий. 2 декабря 1942 года в Чикаго заработал первый ядерный реактор — в исследовательских и военных целях, но уже 26 июня 1954 года в Советском Союзе заработала первая мирная атомная электростанция в Обнинске. С тех пор АЭС — важный компонент энергетического баланса планеты.
Однако в АЭС современного типа используется менее процента от добываемого урана (в природном уране — 99,3% нерасходуемого в реакторах урана-238 и только 0,7% — урана-235, поэтому ядерное топливо приходится обогащать), после чего отработавшее топливо требует захоронения на протяжении миллионов лет, а запасов сырьевых ресурсов на планете оценивается в несколько десятилетий.
Испытываемые в России реакторы на быстрых нейтронах позволяют замкнуть ядерный цикл, «дожигая» уран-238 и долгоживущие изотопы — результаты деления урана, тем самым увеличивая запасы топлива на тысячелетия, а также сократить время хранения радиоактивных отходов в 10 000 раз — до нескольких столетий.
Одной из ключевых задач для реакторов на быстрых нейтронах стало создание нового типа ядерного топлива, которое обладает более высокой плотностью и теплопроводностью, что обеспечивает и дополнительную безопасность работы.
Среди возможных вариантов рассматривалось нитридное, металлическое и карбидное, однако лишь нитридное соответствует всем требованиям реакторов нового поколения.
Лауреаты 2025 года за полтора десятка лет решили все задачи, связанные с созданием первой в мире технологии производства нитридного ядерного топлива (смешанное уран-плутониевое топливо, СНУП), провели весь цикл испытаний — в том числе изготовление и работа в реакторе более 1600 тепловыделяющих элементов, достигли всех целевых показателей и передали технологию в промышленность, доведя ее уровень готовности до максимального уровня.
Новое топливо будет использоваться на реакторах нового поколения БРЕСТ замкнутого ядерного цикла.
