Хью А́ллен О́ливер Хилл (; 23 мая 1937 – 30 июля 2021), обычно известен как А́ллен Хилл – британский , известен за свои исследования в области биокоординационной химии металлов. Является одним из создателей глюкозного электрода, который впервые позволил проводить электронное определение уровня глюкозы в крови. Утвердил бионеорганическую химию как академическую дисциплину. За свою карьеру Хилл опубликовал свыше 400 статей и писем в научные журналы.
Член Лондонского королевского общества (1990), лауреат Королевской медали (2010).
Биография Аллен Хилл родился в Белфасте 23 мая 1937 года в семье Хью и Элизабет Хилл и был их единственным ребёнком. Его отец занимался торговлей красками и стеклом.
В 1942-1948 годах Аллен учился в начальной школе Хардинг Мемориал, а затем в Белфастской Королевской Академической школе, которую окончил в 1952 г. В школе он особенно преуспевал в математике, физике и химии.
В 1955 году Аллен Хилл поступил в Университет Белфаста, где изучал химию, зоологию, математику и физику, а к третьему курсу сосредоточился исключительно на химии. В 1958 году он стал одним из пяти студентов, получивших степень с отличием первого класса. После окончания обучения он продолжил работу в университете в качестве научного сотрудника. Его докторская диссертация, выполненная под руководством доктора Р. Г. Р. Бэкона и финансируемая Стипендией для аспирантов Северной Ирландии, была посвящена использованию медных катализаторов в реакциях нуклеофильного замещения в ароматических соединениях.
В 1962 году переехал в Оксфордский университет в постдокторантуру в лабораторию Р. Дж. П. Уильямса, где начал работать с витамином B12, углубившись в бионеорганическую химию. В 1965 году был избран стипендиатом Куинз-колледжа в Оксфорде и получил должность лектора по неорганической химии, которую занимал до 1990 года.
С 1970 по 1971 год находился на стажировке в Гарвардской медицинской школе, работая в лаборатории по изучению биохимии иона Zn2+. Вернувшись в Оксфорд, Хилл сосредоточился на электрохимии белков и ферментов. Его ключевым достижением, определившим его научную карьеру, стало изобретение в начале 1980-х годов первого в мире амперометрического глюкозного электрода, который лёг в основу современных средств мониторинга уровня глюкозы в крови для миллионов диабетиков.
В 1990 году он был избран членом Лондонского королевского общества и повышен до оксфордского ридера по бионеорганической химии, а в 1992 году получил звание профессора. В последующие десятилетия его исследовательские интересы расширились и включали применение сканирующей туннельной микроскопии для визуализации биомолекул и разработку мультиэлектродных сенсоров.
Аллен Хилл вёл активную академическую и административную работу в Куинз-колледже Оксфордского университета, в том числе занимал должность проктора (1976) и заведующего сада Куинз-колледжа (2001-2007).
Аллен Хилл умер 30 июля 2021 года в возрасте 84 лет.
Коммерциализация глюкозного сенсора Разработка глюкозного сенсора была коммерциализирована основанной в 1984 году в Абингдоне компанией MediSense. Глюкозный электрод поступил на рынок в 1988–1989 годах и произвел революцию в самоконтроле для диабетиков. К 1994 году компанией производилось 25 миллионов электродов в месяц, а сенсор захватил значительную долю рынка в США, Великобритании, Европе, Японии и Австралии. В 1996 году компания MediSense была продана корпорации Abbott почти за 900 миллионов долларов. Изобретение Хилла заложило основу для всех современных электрохимических глюкозных сенсоров.
Позже, в 2000 году, Хилл стал соучредителем компании Oxford Biosensors Ltd, целью которой была разработка мультиэлектродных сенсоров для одновременного определения множества метаболитов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Компания не добилась коммерческого успеха и в 2008 году перешла под внешнее управление из-за трудностей глобального финансового кризиса.
Научная деятельность Изучение витамина B12 После защиты докторской диссертации в 1962 году Хилл получил стипендию Департамента научных и промышленных исследований для проведения постдокторских исследований в Оксфордском университете в лаборатории пионера бионеорганической химии доктора Р. Дж. П. Уильямса. В Оксфорде его научные интересы сместились от органической химии к бионеорганической, в частности, к изучению витамина B12 (кобаламина). В отличие от коллег, концентрировавшихся на состояниях кобальта в молекуле, Хилл проявил интерес к роли её органического компонента. Для исследования кобаламина он попытался применить электрохимические методы и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
Проведённые его группой эксперименты позволили впервые чётко дифференцировать две формы витамина B12: «base-on» и «base-off» формы, в которых бензимидазольный фрагмент координационно связан с Co(II) и наоборот протонирован и отсоединён, соответственно. Это различие, определяемое по сверхтонкому взаимодействию с атомами 59Co и 14N в спектрах ЭПР, оказалось ключевым для понимания механизма действия B12-зависимых ферментов, таких как , где в связывании участвует гистидиновый остаток белка. Данная работа наглядно показала, как органическое окружение металла определяет его биологическую функцию.
Становление исследовательской группы и применение физических методов в бионеорганической химии В 1964 году Хилл получил стипендии от компаний и , что позволило ему закрепиться в Оксфорде. Возглавив собственную исследовательскую группу в Оксфорде во второй половине 1960-х годов, Хилл активно внедрял передовые физико-химические методы для изучения биологических систем. В частности, его группа одной из первых начала систематически использовать ЯМР-спектроскопию для изучения химии координационных соединений металлов в растворах, служащих моделями металлопротеинов. Исследуя железопорфирины, им удалось установить корреляцию между основностью лигандов и электронной плотностью на атоме железа, наблюдая за изменениями в спектрах.
Хилл также активно сотрудничал с Р. Дж. П. Уильямсом, исследуя слабые межмолекулярные нековалентные взаимодействия в биологических системах, такие как π-π взаимодействия между относительно плоскими молекулами. Особый интерес представляли молекулы, у которых есть электроноакцепторные и электронодонорные группы. Позже эти взаимодействия стали изучаться отдельным разделом химии – супрамолекулярной химией.
Электрохимия белков и создание глюкозного электрода Самым значительным достижением Аллена Хилла является создание первого в мире работоспособного электрохимического сенсора на глюкозу.
Ранее считалось, что белки не могут эффективно обмениваться электронами с электродами. В 1976 году его студент Марк Эддоус экспериментально опроверг это, продемонстрировав электрохимическую активность цитохрома с на специально подготовленной гидрофильной поверхности электрода. Первоначально группа использовала производные бипиридила, адсорбированные на электроде, для облегчения переноса электрона на цитохром с.
Затем группой Аллена Хилла в сотрудничестве с И. Дж. Хиггинсом и аспирантом Тони Кэссом была выдвинута теория, что поверхность электрода должна напоминать поверхность, с которым данный белок взаимодействует в своих физиологических условиях. Прорывом стало использование производных ферроцена в качестве молекул-посредников, эффективно переносящих электроны от активного центра фермента (например, глюкозооксидазы) на поверхность электрода.
Сразу стало понятно, что амперометрическое измерение тока при ферментативном окислении глюкозы может стать базой для создания точного и простого в использовании метода отслеживания глюкозы в организме, что востребовано в диагностике и лечении сахарного диабета.
Принцип работы созданного впоследствии глюкозного сенсора основывается на связывании ферроценом глюкозооксидазы с графитовым электродом. В процессе ферментативного окисления глюкозы электроны переносятся через кофактор флавинадениндинуклеотид (ФАД) на молекулы ферроцена, которые, в свою очередь, окисляются на электроде, генерируя ток, который можно измерить и который пропорционален концентрации глюкозы.
Коммерциализация этого изобретения компанией MediSense привела к революции в жизни миллионов людей, страдающих диабетом, и заложила основу для всей современной индустрии портативных глюкометров.
Поздние исследования Аллен Хилл в 1990-х и 2000-х годах увлекся возможностью не только контролировать, но и напрямую визуализировать взаимодействия биомолекул с поверхностями. Его лаборатория стала одной из первых в мире, где методы сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ) были применены к белкам. Были получены изображения множества белков и ферментов, например, был визуализирован цитохром P450, иммобилизованный на золотых электродах, что открыло новые возможности для изучения структуры и функции белков на поверхности.
Еще одним инновационным направлением стала работа по инкапсуляции белков в углеродных нанотрубках. Аллен предположил, что белок, помещенный внутрь нанотрубки, может действовать как проводник, и его ученик Джейсон Дэвис впоследствии доказал это. Эти работы по иммобилизации белков и ДНК на нанотрубках вызвали значительный научный интерес.
Жизнь в Куинз-колледже Значительная часть жизни Аллена Хилла была неразрывно связана с Куинз-колледжем в Оксфорде, где он прослужил несколько десятилетий, совмещая научные исследования с активной педагогической и административной работой.
Преподавание и наставничество В 1965 году Аллен Хилл был избран стипендиатом по неорганической химии в Куинз-колледже и получил должность преподавателя на университетской кафедре, он взял на себя преподавание неорганической и физической химии.
Помимо формального преподавания, Аллен Хилл был блестящим наставником для молодых ученых. Среди его самых известных учеников — Джейсон Дэвис (ныне профессор в оксфордском колледже Крайст-черч) и (ныне профессор в оксфордском колледже Сент-Джонс).
Должности и звания В течение двух лет Аллен Хилл исполнял обязанности декана, отвечая за поддержание дисциплины среди студентов.
В 1976 году на год Аллен был избран на ответственную должность университетского проктора. После в 1977 году он стал куратором , а в 2001 году он был назначен заведующим сада в Куинз-колледже, прослужив на этом посту до 2007 года.
После выхода на пенсию Аллену Хиллу было присвоено звание почетного члена как Куинз-колледжа , так и , что стало признанием его многолетнего и многогранного вклада в жизнь Оксфорда.
Семья В 1966 году, находясь в Будапеште, Аллен Хилл познакомился с диссертацией молодой учёной Богларки Анны Пинтер. 28 января 1967 года они поженились. В браке у них родились два сына, Алистер и Родерик, и дочь Натали. Богларка Хилл ушла из жизни в 2022 году.
Награды и почести Почетные звания и награды Приглашенный стипендиат в Совете по научным исследованиям (1970-1971) Стипендиат Содружества для приглашенных исследователей Сиднейского университета (1973) Финалист Премии BP Energy Research Prize (совместно с профессором И. Дж. Хиггинсом) (1982) Член Лондонского королевского общества (1990) Междисциплинарная премия, медаль по химии и электрохимии переходных металлов от Королевского химического общества (1990) Премия и , Лондонское королевское общество (совместно с Моникой Грин и Энтони Кэссом): «В признание их вклада в перевод биоэлектрохимических исследований в успешный запуск молекулярных сенсоров для медицинского применения» (1993) Лекция и медаль Робинсона от Королевского химического общества (1994) Медаль Брейера от (1994) Королевская медаль от Лондонского королевского общества: «За его новаторскую работу в области электрохимии белков, которая произвела революцию в диагностическом тестировании глюкозы и многих других биоэлектрохимических анализах» (2010) Работа над глюкозным сенсором, выполненная в Лаборатории неорганической химии, признана Национальным химическим ориентиром Королевским химическим обществом и удостоена мемориальной доски (2012) Почетный член Колледжа Королевы и в Оксфорде