Хімія ’Лего’, яка з’єднує молекули, отримала Нобелівську премію цього року

Цього року Нобелівська премія з хімії була присуджена за новий метод з’єднання молекул – відомий як “click chemistry”. Цей метод зробив збірку різних речовин, від ліків від раку до промислових матеріалів, більш простою та без побічних продуктів, що виникають при традиційних методах. Він також дозволив біологам картографувати біомолекули в клітинах без порушення нормальної хімії клітин, а виробникам – додавати нові властивості матеріалам, такі як здатність проводити електрику, захищатися від сонячного світла або боротися з бактеріями. Керолін Бертоззі з університету Стенфорда, Мортен Мелдал з Копенгагенського університету та Баррі Шарплесс з дослідницького центру Скріппс ділять між собою рівні десять мільйонів шведських крон ($ 915 000). Робота трьох лауреатів мала “величезний вплив на науку”, – сказав Олоф Рамстрьом, хімік з університету Ліннея та член Нобелівського комітету, на прес-конференції цього ранку. Про премію Бертоззі сказала: “Я все ще не зовсім впевнена, що це реально, але це стає більш реальним з кожною хвилиною”. За століття хіміки розробили різноманітні інструменти для створення все більш складних молекул. Але змушувати дві молекули з’єднуватися через хімічну реакцію може бути повільним та призводити до різних продуктів, які потім повинні бути відокремлені, перш ніж вчені перейдуть до наступного етапу складної синтезу. Шарплесс є рідкісним лауреатом другої Нобелівської премії. Він отримав першу, разом з двома іншими, в 2001 році за реакції, що створюють молекули з дзеркальним відображенням. Приблизно в той же час він рушив в іншому напрямку, шукаючи прості молекули, які надійно з’єднуються, коли цього потребуєш. Він описав свою мету як “click chemistry”. Він стверджував тоді, що залежність від складних зв’язків вуглецю-вуглецю, які є повсюдними в біомолекулах, ускладнює роботу хіміків. Замість цього Шарплесс пропонував будувати складні структури, беручи невеликі біомолекули та з’єднувати їх між собою за допомогою мостів атомів азоту або кисню, які більш схильні до зв’язування. Він стверджував, що з простих молекул можна побудувати набагато складніші молекули. Один з лінкерів, на який спочатку звернув увагу Шарплесс, – це поєднання алкіну, у якому два вуглецеві атоми зв’язані триподібним зв’язком, з ацилгалідом. Реакція, вперше відкрита в 1960 році німецьким хіміком Рольфом Хаузгеном, була ефективною та мало виробляла небажані побічні реакції. Але вона вимагала великої кількості тепла. “Багато органічних молекул не могли цього витримати”, – каже хімік з Массачусетського технологічного інституту Лаура Кіслінг науковій журналі Science. У 2001 році Мелдал, працюючи над додаванням хімічних ручок до коротких білків, названих пептидами, почав експериментувати з комбінацією азиду-алкіну. Майже одночасно, у 2002 році, команди, які очолювали Шарплесс та Мелдал, незалежно відкрили, що мідь прискорює реакцію та зменшує необхідність у додаванні додаткового тепла. Шарплесс описав це як ідеальну “click” реакцію: якщо хіміки хочуть надійно з’єднати дві молекули, додайте алкін до однієї та азид до іншої та скористайтеся міддю, щоб з’єднати їх. “Це дійсно відкрило двері до всієї галузі”, – каже Кіслінг. Робота Бертоззі була спрямована на розв’язання проблеми з іншого боку. У 1990-х вона вивчала глікани, складні вуглеводні на поверхні клітин, які відіграють тоді ще переважно невідому роль при зараженні клітин вірусами чи активації імунної системи. Більшість інструментів молекулярної біології того часу не працювали з гліканами, тому Бертоззі шукала спосіб дослідження їх ролі. Вона хотіла додати молекулярну ручку до гліканів, щоб потім, наприклад, прикріпити до них флуоресцентний тег та побачити, де вони знаходяться в клітині. Але потрібна була ручка, яка не взаємодіяла б з чимось іншим у клітині, якість, яку вона описала як “біоортогональну”. У 2000 році Бертоззі досліджувала використання азиду як такої ручки. Вона прикріпила азид до цукрів та подала комбінацію в клітини, де вони включалися в глікани на поверхні клітини. Алкін Шарплесса та Мелдал