Нобелівську премію з хімії 2022 року отримали науковці за розробку набору інструментів для з’єднання молекул, таких як будівельні блоки Lego.
Хіміки Каролін Бертоцці зі Стенфордського університету, Мортен Мелдал з Копенгагенського університету та Баррі Шарплесс з Науково-дослідного інституту Скріппса в Ла-Хойя, Каліфорнія, порівну розділять премію за розробку “хімії кліків” і “біоортогональної хімії”, про це оголосила Королівська шведська академія наук на прес-конференції в Стокгольмі. Ці інструменти дозволяють вченим легко конструювати складні молекули в лабораторії та всередині живих організмів.
Хімік Керолін Бертоцці (ліворуч) розробила “біоортогональну хімію”, а хіміки Мортен Мелдал (посередині) і Баррі Шарплесс (праворуч) були піонерами “хімії кліків”.
«Хороша річ у цьому відкритті полягає в тому, що його можна використовувати майже для всього», — сказав Улоф Рамстрем, хімік з Массачусетського університету Лоуелл і член Нобелівського комітету з хімії. Застосування включають створення молекул ліків, полімерів, нових матеріалів і відстеження біомолекул серед клітин.
«Ми вже знаходимося на вершині айсберга з точки зору застосування», — каже Анджела Вілсон, президент Американського хімічного товариства. «Я думаю, що ця хімія зробить революцію в медицині і багатьох інших сферах».
Приблизно 20 років тому Шарплесс представив «хімію кліків» — спосіб простого та швидкого з’єднання двох сполук за допомогою молекул-з’єднувачів. Але знайти ці з’єднувальні молекули, схожі на конструктор Lego, які можуть зв’язуватися в хімічній реакції, було нелегко. Працюючи незалежно один від одного, Шарплесс і Мелдал знайшли рішення.
Додавши трохи міді до суміші, що містить дві інші невеликі молекули — азид і алкін — вчені змогли швидко з’єднати дві молекули в хімічну сполуку у формі кільця. За словами Рамстрема, без міді молекули врешті-решт об’єдналися б, але повільно.
Реакція швидко «привернула величезний інтерес у хімії та суміжних галузях», додав він. Незважаючи на те, що пізніше вчені відкриють кілька інших молекул, які можуть з’єднатися таким же чином, ця перша реакція вважається «перлиною корони реакцій кліків».
Але хоча каталізатор реакцій з міддю може добре працювати в скляному стакані, метал може завдати шкоди живим клітинам. Бертоцці знайшла спосіб генерувати “хімію кліків” без міді, тож вчені тепер можуть проектувати хімічні реакції всередині організмів, не порушуючи звичайні клітинні функції.
Бертоцці обманом змусила клітини включити спеціальний хімікат у цукор, що позначає поверхню клітини. Коли вчені піддають ці клітини іншій хімічній речовині, типу алкіну, вони можуть з’єднатися разом, як молекули в реакціях Шарплесса та Мелдала. Пов’язуючи алкін із молекулами, що світяться зеленим кольором вчені можуть освітлювати поверхні клітин.
«Уявіть, що ви можете прикріпити сяючі молекули до біомолекул у живій клітині. Тоді ви можете стежити за ними в мікроскоп і побачити, де вони знаходяться і як рухаються. Це те, що зробила Каролін Бертоцці», — сказав Йохан Аквіст, хімік-теоретик з Уппсальського університету у Швеції та голова Нобелівського комітету з хімії.
Спеціалізацією Бертоцці було вивчення молекул сахарози, з якими «неймовірно важко працювати», — каже Леслі Восшалл, нейробіолог з Університету Рокфеллера в Нью-Йорку, який є віце-президентом і головним науковим співробітником Медичного інституту Говарда Хьюза. Існують прості методи для вивчення ДНК, РНК і білків, але не настільки для цукрів, каже вона.
Націлюючись на певні цукри на поверхні клітин, вчені можуть розробити нові методи лікування. Наприклад, Бертоцці та її колеги змогли націлити та деактивувати цукри, які допомагали пухлинним клітинам ховатися від Т-клітин в організмі.
Бертоцці, є 59-ю жінкою, яка отримала Нобелівську премію з 1901 року, і лише восьмою, яка отримала премію з хімії. У 2020 році Еммануель Шарпентьє та Дженніфер Дудна були останніми жінками, які отримали Нобелівську премію з хімії за роботу над інструментом редагування генів, відомим як CRISPR.
«Керолін — одна з надзвичайно небагатьох жінок у хімічній біології», — каже Восшалл. «Її лабораторія була генеративним місцем, яке надихнуло жінок-хіміків і вивело їх у світ».
Бертоцці, Мелдал і Шарплесс розділять приз — 10 мільйонів шведських крон, приблизно 917 000 доларів. Ця нагорода є другою Нобелівською премією для Шарплесса, який розділив премію в 2001 році за роботу над розробкою каталізаторів реакцій окиснення.
Першоджерело:
Nobelprize.org. The Nobel Prize in chemistry 2022. Published online October 5, 2022.