«Сначала спрогнозируй, потом синтезируй»

О том, чему надо учить химиков, направленном синтезе, династии Брежневых и случайностях как опорных точках персональной эволюции юбиляр рассказал «Вышке для своих».

Краткое введение в теорию случайностей

Жизнь состоит из случайностей. Случайно, учась в четвертом классе, я попал на выездную школу Колмогорова и восхитился парадоксом со змеей, кусающей себя за хвост. Случайно проник в школу Ботвинника и посмотрел, как программируют шахматную программу «Каисса», — непонятно, но круто. Случайно дома оказалась банка с марганцовкой, а в аптеке — глицерин. И так же случайно в раннем возрасте попала в руки и была мною внимательно изучена «Сумма технологии» Станислава Лема. Они-то и похожие точки бифуркации персональной эволюции как раз и определили все, что после.

В девятом классе, обуреваемый стремлением осчастливить окружающих химиков (трех олимпиадников моего возраста), я написал ученый труд «Основы теоретической органической химии». Понятное дело, это была компиляция из учебников, но, забегая вперед, когда мы учились на пятом курсе университета, эта тетрадка здорово помогла моим сокурсникам при сдаче соответствующей дисциплины.

К концу школы мы полностью определились с тем, кем хотим быть в будущем. Окружающие вузы с точки зрения будущей Нобелевки не устраивали совершенно, и мы все рванули на химфак МГУ. Тогда это был просто химфак, МГУ подразумевался по умолчанию, никаких других химических вузов для участников Всесоюзной олимпиады по химии не существовало.

Во время учебы на первом курсе опубликовал свою первую публикацию (кажется, называлась «Практикум для школьников по неорганической химии») с великими в химическом образовании людьми — Ильей Леенсоном и Георгием Лисичкиным. Рекомендую развлечься статьей Леенсона о кинетических аспектах очереди, в которой в терминах химической кинетики рассказывается, как движется очередь в столовой (вперед или назад) в зависимости от количества знакомых, стоящих в очереди, количества знакомых этих знакомых, классификаторов степени наглости студентов, индекса настроения кассирши и т.д. И книжки его популярные по химии читать собирающимся в науку обязательно!

Случайность смешная

Придя на химфак, я сел за одну парту с Брежневым. Не с тем, который генсек, а с его внуком, Леонидом Юрьевичем. Рассказал об этом мамочке и долго не мог понять, с чего это она так хохочет. Выяснилось, что она училась в параллельном классе с Юрием Леонидовичем, его отцом, и он был в нее влюблен. Мало того, ее отец (мой дед) работал электриком на заводе, где секретарем парткома был Леонид Ильич. Когда дед после войны вернулся из плена и загремел в лагерь, Леонид Ильич помог ему оттуда выйти. А когда на мой телефонный звонок Лене ответил его отец со своей известной шуточкой: «Вам которого Леню — старшего или младшего?» — и я назвался, он еще долго не мог успокоиться.

Случайность закономерная №1

1990 год. Мы везем команду СССР (не подозревая, что последнюю) на Международную химическую олимпиаду в Париж. Почему-то на пышное празднование 200-летия взятия Бастилии (которое было вроде бы в 1789-м) Франсуа Миттеран пригласил все олимпиадные команды. У нас разброд и шатание в образовательной среде: часть функций перешли министру Владимиру Дмитриевичу Шадрикову, часть сохранило за собой Гособразование СССР под командованием Геннадия Алексеевича Ягодина. Паспорта команды для подачи на визы захватили первые, но сотрудник ушел в отпуск, положив их в сейф. Никто ничего не знает. Вечер пятницы за два дня до начала олимпиады. Вырываю из министерства паспорта и с ними в субботу рано утром звоню в дверь наглухо закрытого французского посольства. Охрана на приличном английском предлагает… в общем, зайти в понедельник, но вопль «приглашение Миттерана» срабатывает. Дежурная девушка обещает «что-нибудь» для нас сделать. Вернувшись в посольство в тот же день вечером, я нахожу там консула или кого-то в этом духе (в воздухе отчетливый аромат приличного коньяка), который обещает отдать паспорта с визами в 9 утра в понедельник.

В 9 утра в понедельник я забираю паспорта, собираю команду, и мы едем в Шереметьево. Рейс в 13:00 (притом что теоретический тур начинается в 11:00, но нам обещают выдать задания позже). Начальник паспортного контроля Шереметьева отзывает меня в сторонку и, показывая телефонограмму, говорит, что мы можем лететь, ему никто не указ, но… В телефонограмме паспортному контролю за подписью завотделом министерства РСФСР сообщается, что французы отказались нас принимать и паспортному контролю запрещается нас пропускать. Сопровождающий команду сотрудник министерства дает приказ разворачиваться. Мы едем ко мне домой, успокаиваем нервы и везем документы в приемную комиссию (какую, см. ниже).

Как выяснилось потом, в Орли нас встречали. Никто ни от чего не отказывался. Это был единственный случай, когда команда СССР отсутствовала на межнаре, и первый раз, когда я, долгие годы проводивший отборы на эти олимпиады, должен был сам туда поехать.

Случайность закономерная №0

Отмотаем на полгода назад. Январь 1990 года. Академик Олег Матвеевич Нефедов, заведующий соседней дружественной лабораторией Института органической химии им. Н.Д. Зелинского Академии наук СССР, воспринял идею, что академии нужен свой химфак, с энтузиазмом. Энтузиазм выразился в звонке декану химфака МГУ Юрию Яковлевичу Кузякову и последовавшей за этим встрече с предложением расширить состав химического факультета на 30 человек, которые будут заниматься по программам академии. Кузяков думал три недели и отказался. В ту же секунду Нефедов (вице-президент АН СССР) по аппарату без диска связался с Ягодиным, и через полчаса мы с Михаилом Гольдфельдом и Георгием Лисичкиным сидели у него в кабинете. Ягодин выслушал и задал вопрос: «А зачем вам вообще МГУ? Давайте организуем факультет в МХТИ (сейчас РХТУ, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. — И.С.), — и, уже обращаясь к секретарше: — А Павел Джибраелович еще не ушел? Пусть зайдет».

Влетевший в кабинет ректор МХТИ Павел Джибраелович Саркисов (уже потом я узнал, что он мчался на Люсиновскую сразу после звонка Нефедова Ягодину) клятвенно заверил, что программы будут академические, на ставки, которые даст Ягодин, никто покушаться не будет, юрлицо у факультета — без проблем и декан Свитанько — ок, молодым везде у нас дорога. А называться все это будет Высший химический колледж Академии наук (ВХК АН СССР). И никакой это не техникум, потому что сам Геннадий Алексеевич стажировался в Imperial College и так же хочет новое заведение назвать. Нефедов был не против. 23.03.1990 было подписано соглашение, и уже в июле одиннадцать академиков собеседовали абитуриентов, среди которых была вся международная команда 1990 года.

Так я на самом старте 90-х стал деканом ВХК РАН и проработал им 10 лет. Кто в теме, понимает этот ад. Но какое удовольствие от состава студентов и их мотивации! Это могут оценить только основатели НИУ ВШЭ, созданного примерно тогда же. Выпускников ВХК РАН знают и у нас, и за рубежом. Среди них есть завлабы и замдиректора базовых институтов РАН. Есть член-корреспондент РАН. Есть заведующий сектором кластерных операционных систем IBM. Есть вице-президент Acronis, он же ведущий лектор по MSSQL (стал им, учась на втором курсе ВХК РАН). Есть те, кто имеет по 6000 цитирований и индекс Хирша сильно за сотню. И, смею надеяться, в рамках курса «Информатика для химиков» я тоже приложил к их профессиональным успехам руку.

Параллельно мы во главе с Олегом Матвеевичем Нефедовым оказывали помощь академику Юрию Дмитриевичу Третьякову в организации Высшего колледжа наук о материалах (сейчас факультет наук о материалах МГУ) и академику Жоресу Ивановичу Алферову в создании Академического физико-технологического университета РАН. А в 2008 году при содействии великого человека Валерия Васильевича Лунина Олег Матвеевич Нефедов таки организовал кафедру РАН и группу РАН на химфаке МГУ. Кстати, выпускник этой группы Никита Шлапаков, преподаватель факультета химии НИУ ВШЭ, опубликовался давеча в Nature.

Как продолжение этого всего мы с Андреем Ярославцевым в 2018 году нанесли визит проректорам Вышки с предложением организовать в университете химический факультет. Помню, Вадим Радаев тогда нас спросил: «А вам вообще зачем еще один факультет?» На что мы честно ответили: «У вас нет химиков, и вы не будете корректировать наши представления о химическом образовании».

Случайность закономерная №2

Научную издательскую деятельность в России определило случайное знакомство академика Александра Ефимовича Шейндлина с Адамом Гелбтухом, директором небольшого английского издательства, имеющего связи в The Royal Society of Chemistry, Publishing Division. В результате этой встречи появилось совместное издательство Turpion, где на обоих языках выходили восемь российских журналов из первой десятки по импакту.

Химией с нашей стороны заведовал академик Нефедов. Собственно, участие Олега Матвеевича и определило то, чем я занимался в нерабочее время с конца 80-х. Осваивать новое дело пришлось с нуля. Включая технику. Так, в 1992 году я набрал на собранном своими руками компьютере первую в истории России электронную версию «Успехов химии» (обзор Кнорре). В том же году появились первые серверы и сайты наших журналов, а год спустя — базы данных малого издательства (самая первая была написана студентами ВХК РАН). Я приложился технически ко всему и заодно получил образование Computational Economics в Open University.

Еще одна случайность, определившая химическую составляющую жизни

В 1989 году моя жена, будучи в составе делегации в Штатах, увидела через приоткрытую дверь какой-то лаборатории, как на экране монитора энергично крутятся молекулы. Она тут же сообщила ученому за компьютером, что ее муж в Москве тоже хочет считать молекулы, но вот незадача: софта для Windows нет. Ученый радостно заржал, записал в подарок на 5-дюймовую дискету собственную программу PCModel. Таким случайным образом у нас здесь (у всех расчетчиков) появилась первая расчетная химическая программа.

Направленный синтез, лекарство от COVID-19 и теория запахов

Моими самыми нелюбимыми предметами на химфаке МГУ были математика и биохимия, и так получилось, что с 2018 года я заведую лабораторией математической химии ИОХ РАН (сейчас лаборатория молекулярного моделирования и направленного синтеза), основанной академиком Николаем Серафимовичем Зефировым, родоначальником молекулярного моделирования в нашей стране. То есть занимаюсь нелюбимыми в молодости темами.

То, что я делаю в науке, можно сформулировать фразой «сначала спрогнозируй конечный продукт, потом его синтезируй». Нулевой стадией планирования любого синтеза — хоть синтеза лекарства, хоть полупроводника — должно быть компьютерное моделирование вещества с заранее заданными свойствами. Это и называется направленный синтез. Когда мы начинали в 1994-м с теории запахов, на нас смотрели скептически, типа «вы там напрогнозируете невесть что на кофейной гуще, а моя интуиция синтетика мне лучше расскажет, что варить». Так что, думаю, в том, что сейчас нет ненаправленного синтеза как факта, есть и наша заслуга.

За годы существования лаборатории мы рассчитали и синтезировали лекарства от миелолейкоза, ревматоидного артрита, нескольких видов рака молочной железы, смоделировали тубулиновую активность, а через два месяца после начала эпидемии, в мае 2020 года, рассчитали лекарство против COVID-19 (как оказалось, оно уже существовало и в течение 70 лет успешно использовалось для других целей). В июне 2020-го оно было испытано и дало положительный результат.

Отдельная тема — расчеты в теории запахов амбры и мускуса. Теория запахов на самом деле самая сложная в молекулярном моделировании уже потому, что лекарства имеют свою мишень — специфический белок, а душистое вещество ложится на абсолютно неспецифический к его структуре эпителий в носу и генерирует на нем зарядовую матрицу, которая мозгом отображается как запах. При этом тесты запаха намного проще, чем испытания лекарства. Член парфюмерного совета Союзпарфюмерпрома СССР (так называемый нюхач) не мог быть случайным человеком. Там был отбор кандидатов по различению 10 000 оттенков запахов минимум. Меня в Институте душистых веществ (я работал заместителем заведующего эфиромасличной лаборатории с 1986 по 1990 год) держали всего лишь стажером этого парфюмерного совета. Резюме нюхача было окончательным вердиктом, оно или не оно: никакие спектры не требовались. На моей памяти главный парфюмер страны Алла Григорьевна Бельфер назвала около 20 веществ из душистой композиции, состоящей примерно из 50 компонентов. Французы из известной школы около площади Опера ее зазывали работать яростно, но у нее (и у нас — тех, кто не уехал в 90-х) был принцип: кто будет учить молодых, если не мы?

Но и в науке, как везде, не обошлось без случайностей. Случайности я обязан появлением нового фокуса научных интересов. Получилось так, что я оказался на операционном столе у хирурга 31-й больницы Евгения Дмитриевича Федорова. «Познакомились». Он оказался президентом российского общества эндоскопистов. Мы взяли патент и получили грант Microsoft на определение состояния больного по картинкам и метаданным диагностики с отрицательной обратной связью для компенсации ошибок, с последующим автогенерированием (и экспертным контролем, разумеется) указаний по лечению плюс предложение видео (40 000 часов архива) необходимой хирургической операции. Просто идеально для периферийных больниц. В современных терминах это называется машинное обучение и генеративный ИИ, а это был, заметим себе, 2010 год...

Парадокс морской свинки

Если исходить из принципа «каждый лектор рассказывает о том, что у него болит», у меня «болит» только тематика нехимических курсов, которые выдают химикам на факультетах любого вуза.

В курсе математики: молекулы как частный случай трехмерной матрицы связности, а реакции как матричные преобразования? N-мерное пространство для отображения свойств молекулы? Моделирование лекарств и других новых материалов в рамках вероятностных моделей, обученных по описанным в литературе данным? Шутники, у всех математиков в школе по химии тройки были.

Расчет молекулярного электростатического поля, энергетические кривые искажений таких полей при нековалентной координации молекул (чтоб было понятно, это как раз теория запахов, теория координации «лекарство — белок», органические полупроводники и много чего другого)? Да где ж такого физика найдешь?

Информатика. Если спросить ИИ, то «информатика — это наука, изучающая методы и процессы сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации с использованием компьютерных технологий».

Какое отношение имеет кодописание к химической информации? В химии все давно спрограммировано. Профессиональные системы для обработки информации из химических баз данных возникают по нескольку штук в день. Жизни не хватит изучить даже то, что нужно сейчас.

То, чему профессионала-программиста учат годами, химику выдают экспресс-курсом за пару модулей, при этом без химического прикладного содержания. Невозможно параллельно обучить и химии, и программированию качественно. Химик-программист — как морская свинка: и не морская, и не свинка. Туда же относятся учебные темы по написанию программ обработки числовых данных, так любимые во многих химических вузах. При наличии на рынке огромного числа модифицируемых систем такого рода это темы из серии «сдал — забыл».

Вот поэтому (и это не случайно) наш курс «Информатика для химиков» для первокурсников факультета химии НИУ ВШЭ состоит из сугубо прикладных тем, без бесполезных попыток обучить химика программированию. Цель курса — донести до студента, из чего состоит «черный ящик», на котором химик считает, как его обслужить во всех смыслах, как написать статью в журнал, чтоб верстальщики не ругались на безруких авторов, как собрать и обобщить данные для этой статьи и правильно изобразить растры и структуры молекул, что такое базы данных в химии и какие есть практические методы работы с ними. Ну и, конечно, что такое ИИ в химии, в каких случаях его использовать для работы (сбор информации, аналитика, генерация структур), а в каких случаях — чтобы посмеяться над его галлюцинациями. Стандартный вопрос на экзамене — с помощью ИИ смоделировать новое лекарство / новый материал заданной активности на основе имеющихся данных.

Так выглядят сугубо случайные поворотные моменты моей жизни — без уроков и нравоучений. В конце концов, жизнь у каждого своя и опорные точки — тоже. Да, конечно, они определяются в большой степени внешними факторами, но, как правило, «раздавленная бабочка» особо ни на что не влияет.

25 мая

Напишите нам