Нобелевская премия по химии 2022 года, по мнению судей, призвана "облегчить сложные процессы". Ранее сегодня Нобелевская премия 2022 года была присуждена трио химиков: Каролин Р. Бертоцци за ее работу в области биоортогональной химии и К. Барри Шарплесс и Мортен Мелдал за создание основ клик-химии.
"В этом году премия по химии посвящена тому, чтобы не усложнять, а работать с тем, что легко и просто. Функциональные молекулы могут быть созданы даже при использовании прямого пути", - сказал Йохан Эквист, председатель Нобелевского комитета по химии, в пресс-релизе.
Это вторая Нобелевская премия по химии для Шарплесса, профессора исследовательского центра Scripps Research в Ла-Джолле, Калифорния. В 2001 году он получил премию за работу по использованию катализаторов, которые не расходуются при реакции окисления, в которой теряются электроны. Это помогло в производстве различных видов лекарств.
Около 22 лет назад ему приписывают идею "клик-химии", которая представляет собой форму надежной и простой химии, где реакции протекают быстро и без нежелательных побочных продуктов. Он выступал за новый, минималистский подход к химии и за то, чтобы химики перестали имитировать природные молекулы, которые трудно освоить и дорого производить.
По словам Шарплесса, одним из камней преткновения для химиков при разработке этих более простых реакций были связи между атомами углерода. Эти связи имеют решающее значение для химии жизни, поскольку углерод присутствует в каждом организме. Как правило, все биомолекулы имеют каркас из связанных атомов углерода, для создания которого живые существа разработали свои методы. Однако их производство в лабораториях было затруднено, поскольку атомам углерода из разных молекул часто не хватает химической тяги к образованию связей друг с другом, и их необходимо искусственно активировать. В процессе их получения активация часто приводит к многочисленным нежелательным побочным реакциям и дорогостоящей потере материала.
В начале 2000-х годов, когда Шарплесс работал над химией щелчков, Мортен Мелдал из Копенгагенского университета и Шарплесс по отдельности представили то, что считается жемчужиной химии щелчков: катализируемое медью азидо-алкиновое циклоприсоединение. Эта химическая реакция "элегантна и эффективна", заявил Нобелевский комитет, и в настоящее время используется в разработке фармацевтических препаратов, картировании ДНК и многом другом.
Первоначально Мелдал разрабатывал методы открытия новых лекарств и методов лечения в лаборатории. Он создал огромные библиотеки молекул, а затем проверил их все, чтобы узнать, может ли какая-либо из них блокировать патогены. В ходе этих экспериментов он обнаружил, что ионы меди контролируют реакцию с образованием только одного продукта, что привело его к открытию катализируемого медью азидо-алкинового циклоприсоединения. Он представил свою находку как пример того, как эта реакция может соединять множество различных молекул; его результаты сейчас используются для картирования ДНК и разработки новых лекарств.
В последующие десятилетия Бертоцци из Стэнфордского университета вывела концепцию клик-химии на новый уровень. Она разработала реакции щелчка, которые работают внутри живых существ, чтобы лучше картировать важные, но неуловимые биомолекулы, которые живут на поверхности клеток, называемые гликанами. Эти биоортогональные реакции происходят без нарушения нормального химического состава организма. Разработанные ею реакции сегодня используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Она помогла разработать более целенаправленные методы лечения рака, которые в настоящее время проходят клинические испытания.
Бертоцци начала картировать гликан, привлекающий иммунные клетки к лимфатическим узлам, в начале 1990-х годов, но на то, чтобы понять, как функционируют биомолекулы, ушло четыре года, поскольку не было эффективных инструментов для их идентификации и понимания. Прослушав семинар, она подумала, нельзя ли использовать аналогичный метод, заставляя клетки вырабатывать неестественный вариант сиаловой кислоты, одного из сахаров, образующих гликаны, с химической ручкой, к которой прикреплена флуоресцентная молекула. Она предположила, что эта химическая ручка может помочь ей составить карту гликана. В ходе десятилетий работы Бертоцци объяснила, что реакция между ручкой и флуоресцентной молекулой не может изменить естественную биохимию клетки. Она официально ввела термин "биоортогональный", или любая химическая реакция, которая может происходить внутри живых систем без вмешательства в естественные процессы. С тех пор она использует этот процесс и процессы "клик химии", разработанные Мелдалом и Шарплессом, для изучения заболеваний и взаимодействия биомолекул в клетке.
"Клик-химия и биоортогональные реакции ввели химию в эру функционализма. Это приносит человечеству величайшую пользу", - говорится в пресс-релизе комитета.