Колебания от Луки
ЧЕМ ПАХНЕТ — ПОНЯТНО. НЕПОНЯТНО КАК!
Первым искусственный мускус получил Альберт Баур, причем произошло это случайно. В 1888 году доктор Баур экспериментировал с тринитротолуолом, пытаясь найти более эффективную формулу взрывчатого вещества. В ходе этих экспериментов он получил реагент, обладающий сильным запа­хом мускуса и, увы, лишенный полезных свойств TNT. Биофизик Лука Турин уверен, что за прошед­шие сто тридцать лет в практике парфюмерной химии особых изменений не произошло — химики, конструирующие молекулы «с запашком», по-прежнему работают наобум.

Учитывая роль, которую играет для живых су­ществ обоняние, о запахах мы знаем удиви­тельно мало. Как происходит распознавание запахов? Почему у одних веществ есть аромат, а у других — нет? От чего зависит запах? На все эти во­просы нет ответа, удовлетворяющего всех любопытных. Но есть несколько теорий, самая популярная из кото­рых — стерическая теория обоняния, теория формы.
Популярность она обрела в середине двадцатого века после статей Линуса Полинга, Роберта Монкриф- фа и Джона Эймура Вкратце суть теории сводилась к следующему: рецепторы запахов реагируют на форму молекулы, причем каждый рецептор «заточен» под свой тип молекул и прочие игнорирует (концепция клю­ча и замка). Теория выглядела правдоподобно — дей­ствительно, зачастую вещества, имеющие молекулы похожей формы, имеют сходный запах, — однако всех загадок не объясняла. Так, например, не было ответа на вопрос, почему мы можем различать тысячи, десятки тысяч, а может, и сотни тысяч запахов, если рецепторов у нас всего несколько сотен (сейчас мы знаем, что их около 350, но у Монкриффа и Эймура такой информа­ции не было). Кроме того, было непонятно, почему мо­лекулы, имеющие разную форму, могут пахнуть одина­ково. Эти и другие противоречия (а также непригодность стерической теории к практическому предсказанию за­пахов) привели к тому, что в следующие тридцать лет теория была усовершенствована.
Проблему недостаточного количества рецепторов решили, предположив, что наш организм использует, образно говоря, не иероглифическую систему записи, а алфавитную: другими словами, один рецептор «считывает» не всю молекулу, а лишь часть ее; таким обра­зом, аромат — это обработанная мозгом сумма не­скольких сигналов от разных рецепторов). Сегодня слабая стерическая теория, или теория одотопов, счи­тается основной, хотя ей все еще присущи многие не­достатки теории Монкриффа и Эймура. Она по-преж- нему не объясняет, почему похожие молекулы дают разные запахи, почему разные молекулы дают похожие запахи, а также почему молекулы с идентичной формой могут пахнуть по-разному. Что хуже всего — стериче­ская теория, даже в своей современной форме, обла­дает плохой предсказуемостью, из-за чего синтез пар­фюмерных молекул может занимать несколько лет и несколько сотен, если не тысяч итераций. Грубо говоря, химики работают вслепую.
КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ ТЕОРИЯ
Популярность стерической теории привела к тому, что о ее давнем сопернике — колебательной теории — к 1990-м годам успешно забыли. В середине двадцатого века она была не менее популярна, чем стерическая,
ЛУКА ТУРИН НЕОДНОКРАТНО ПЫТАЛСЯ ПРОДАТЬ СВОЮ ТЕОРИЮ, НО В ИТОГЕ ЕМУ ПРИШЛОСЬ ВОПЛОЩАТЬ ЕЕ САМОСТОЯТЕЛЬНО
однако в ней расхождений с реальностью нашлось больше; кроме того, было непонятно, как именно ре­цепторы получают информацию о колебаниях. Потом выяснилось, что энантиомеры пахнут по-разному, хотя частота колебаний у них одна и та же. В общем, в 1980- х идею о том, что запах зависит не от формы молекулы, а от частоты колебания атомов в ней, никто всерьез не воспринимал.
Вторым рождением колебательная теория обязана биофизику Луке Турину, который не только объяснил значительную часть несовпадений теоретических предсказаний с экспериментальными данными, но и подробно описал, как именно рецепторы получают ин­формацию о колебаниях атомов в молекуле вещества Согласно Турину, рецептор запаха работает как биоло­гический туннельный спектроскоп, «обстреливающий- молекулу одр ранта электронами.
В 1995 году Лука Турин написал статью и поспал ее в Nature. В Nature статью после долгих раздумий все же не взяли, поэтому год спустя он опубликовал примерно тот же текст в журнале Chemical Senses и стал ждать реакции научной общественности. Общественность молчала
КВЕСТ В QUEST
Между теорией, описывающей происходящие про­цессы, и теорией, на основе которой можно сделать достоверные предсказания, большая разница. Од­нако современную парфюмерную индустрию волну­ют не отвлеченные рассуждения, а алгоритм созда­ния вещества с заданным ароматом и ответ на во­прос, каким будет аромат смоделированного на компьютере вещества. Лука Турин решил поработать с «производителями молекул». Исследователем дви­гали не только меркантильные соображения (хотя эксперименты, способные подтвердить или опро­вергнуть его теорию, — довольно дорогое удовольст­вие), но и желание приобщиться к обширнейшим базам данных, на которых можно было бы отточить предсказательные алгоритмы.
Он вышел на Quest, одного из крупнейших игроков на рынке ароматизаторов и парфюма (сейчас входит в состав Givaudan). Турин предложил честный, как ему казалось, обмен: он получает от Quest пары «колебания-запах» и оттачивает на них свой алгоритм, который потом передает Quest. Если Турину удастся создать ал­горитм, способный существенно ускорить процесс синтеза новых молекул, это принесет Quest миллионы.
В Quest заинтересовались и предложили Турину пройти серию тестов: если он так уверен в ценности своих разработок, то наверняка сможет с их помощью решить несколько предложенных задач, каждая из которых составлена для проверки его утверждений. Турин успешно прошел три теста из четырех, и, в конце концов, был приглашен в Quest «для серьезно­го разговора».
Перед встречей Турин составил план исследований, согласно которому Quest соглашался финансировать лабораторию Турина в объеме 150 тысяч фунтов стер­лингов в год в течение пяти лет. Бухгалтеры Quest по­интересовались у химиков, уверены ли они в том, что теория Турина сработает. Химики промолчали. А Турин пошел в Givaudan, где ему предложили очередную се­рию тестов, последний из которых он, как сообщили ему в Givaudan, завалил. Турин, уверенный в верности своих заключений, попросил прислать ему правильные ответы, чтобы понять, что происходит и где именно бы­ла допущена ошибка, но в Givaudan к нему интерес уже потеряли. Последним из больших производителей ока­залась японская компания Takasago. Здесь Турина с пониманием выслушали и, оказав ему моральную под­держку, отправили восвояси.
ЗАПАХ УСПЕХА
С 2001 года Лука Турин работает в собственной компа­нии Flexitral. В ней он занимается рациональным ди­зайном молекул на основе колебательной теории. Се­годня в активе Flexitral несколько десятков патентов и девять готовых молекул, одной из которых Турин осо­бенно гордится: это Acitral, низкоалпергенный и устой­чивый заменитель цитрали. Индустрии, говорит Турин, потребовалось тридцать лет, чтобы найти подходящую замену, но сделали это не химики Guivadaun ипи IFF, а его компания.
Конкуренты Турина из больших компаний полагают­ся на эмпирические правила конструирования молекул, однако большинство этих правил имеет локальный эф­фект. Рациональный дизайн на основе колебательной теории — это немного другое дело. Турин утверждает, что для разработки каждой готовой молекулы ему по­требовалось не больше десяти синтезов. Вся остальная работа ведется на компьютере, где просчитываются и оцениваются возможные варианты. Что думают по это­му поводу в Givaudan и Takasago — неизвестно.
Но, видимо, чтобы Турин не очень задавался, в 2004 ro,£ty в Nature Neuroscience вышла критическая статья, в которой сказано, что независимая экспериментальная проверка не подтверждает правильность его выкладок. Так что и в Nature он, в конце концов, попал — пусть и не самым приятным способом.