В этом году Шведская королевская академия наук присуждает Нобелевскую премию по химии Каролин Бертоцци (Стэнфордский университет, США), Барри Шарплессу (Scripps Research, США) и Мортену Мелдалю (Копенгагенский университет, Дания). Ученые удостоились награды за разработку клик-химии и биоортогональной химии.
«Клик — и молекулы соединились по щелчку!»
Нобелевская премия по химии 2022 года отражает тенденцию к упрощению сложных процессов. Барри Шарплесс и Мортен Мелдал определили основы функциональной химии — клик-химии, в которой молекулярные блоки быстро и надежно соединяются друг с другом, a Кэролин Бертоцци вывела этот процесс на беспрецедентно новый уровень и начала использовать наработки на живых организмах.
Рисунок 1 | Клик-реакция (щелчковая реакция), которая изменила фундаментальные принципы химииАзиды и алкины высокоэффективно реагируют при добавлении ионов меди. Эта реакция теперь используется во всем мире для простого и надежного соединения молекул.
Как известно, химики любят строить все более сложные молекулы. В фармацевтических исследованиях это часто связано с искусственным воссозданием природных молекул с определенными лечебными свойствами. Это привело к построению эффективных молекулярных конструкций, но этот процесс, как правило, очень дорогой и долгий.
«Нобелевская премия по химии в этом году направлена на то, чтобы не усложнять вещи, а работать с тем, что легко и просто. Функциональные молекулы можно построить даже прямым путем», — отметил Йохан Оквист, председатель Нобелевского комитета по химии.
Барри Шарплесс (кстати, это его вторая Нобелевская премия по химии) уже давно взялся за работу в амбициозном направлении. Примерно в 2000 году он придумал концепцию клик-химии, которая представляет собой форму простой и надежной химии, где реакции протекают быстро, a нежелательные побочные продукты исключаются.
Вскоре после этого Мортен Мелдал и Барри Шарплесс независимо друг от друга представили то, что сейчас является жемчужиной клик-химии: катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Это элегантное и эффективное решение, которое уже в настоящее время широко используется. Среди многих других применений этот метод используется при разработке фармацевтических препаратов, для картирования ДНК и создания разнообразных соединений.
Кэролин Бертоцци, в свою очередь, подняла концепцию клик-химии на совершенно новый уровень. Для картирования важных, но неуловимых биомолекул на поверхности клеток — гликанов — она разработала клик-реакции, которые работают непосредственно внутри живых организмов, причем изобретенные ей биоортогональные реакции протекают без нарушения нормальной биохимии клетки.
Эти реакции теперь используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Используя биоортогональные реакции, исследователи значительно улучшили таргетинг при лечении онкологических заболеваний — целевой выбор мишени для воздействия на молекулярном уровне лекарственными препаратами, которые уже сейчас проходят клинические испытания.
Клик-химия и биоортогональные реакции перенесли химию в эпоху функционализма, что призвано принести наибольшую пользу на благо человечества.
Рисунок 2 | Биоортогональная химия упрощает флуоресценцию клеток
