Что такое клик-химия?
Нобелевскую премию 2022 года по химии присудили «за развитие клик-химии и биоортогональной химии». Лауреатами стали американский химик Барри Шарплесс, Мортен Мелдал из Дании и Каролин Бертоцци из США. Решение огласили представители Королевской шведской академии наук в среду, 5 октября.
В сообщении Нобелевского комитета говорится, что Шарплесс и Мелдал заложили основу для клик-химии, а Бертоцци вывела ее на новый уровень.
Что это такое клик-химия?
Клик-химия (от англ. сlick — щелчок) — это вид химических реакций, которые заключаются в простом и надежном соединении между собой двух любых молекул. Эту концепцию и сам термин предложил Барри Шарплесс, которому присудили вторую Нобелевскую премию по химии. Примерно в 2000 году он сформулировал идею простой и надежной химии, в которой реакции протекают быстро и избегаются нежелательные побочные продукты.
Дело в том, что химики столетиями пытаются воссоздать молекулярные структуры, которые присутствуют в растениях, животных и микроорганизмах, в том числе, чтобы создавать лекарства. За многие годы разработаны различные методы построения молекул разных типов. Химики научились воспроизводить практически все конструкции, которые есть в живой природе. Но эти методы требуют строгого планирования, многие из них сложны и громоздки для выполнения и требуют оптимальных условий. Для создания сложных молекул требуется несколько этапов работы, и каждый из них оставляет побочные продукты.
Шарплесс предложил упростить этот процесс: не полагаться на множество возможных методов со своими специфическими областями и ограничениями, а создавать структуры с помощью более общих, надежных и высокоэффективных реакций. Применение клик-химии позволило не только ускорить производственный процесс, но и увеличить число чистых продуктов для эффективного тестирования. Вместе с Шарплессом в те годы работал российский химик Валерий Фокин, который впоследствии переехал в США. Он также внес большой вклад в развитие клик-химии.
Как поясняется на сайте Нобелевского комитета, идея клик-химии чем-то похожа на подход производителя сборной мебели: есть «плоская упаковка» со всеми необходимыми деталями, «строительными блоками», а также набор простых инструментов, «реакций», поставляющихся вместе с точной инструкцией по сборке, которой может следовать практически каждый.
Нобелевский комитет называет «жемчужиной» клик-химии катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Это эффективная химическая реакция, в которой в качестве катализатора используется немного ионов меди. Реакцию независимо друг от друга представили нынешние нобелевские лауреаты Барри Шарплесс и Мортен Мелдал. Сейчас она широко используется для связывания множества различных молекул, в том числе при разработке фармацевтических препаратов, картирования ДНК (определение положения фрагментов ДНК в хромосоме с использованием генетических методов) и создания материалов, более подходящих для этой цели.
На новый уровень клик-химию вывела третий лауреат Нобелевки — Каролин Бертоцци. Она первой изучила, как действует клик-химия в живых организмах. Бертоцци ввела термин «биоортогональная химия» для обозначения химических реакций, которые работают внутри живых клеточных структур. Такие реакции протекают без нарушения нормального химического состава клетки, поэтому их можно применять в биохимии и медицине.
Научные труды Бертоцци включают исследования синтеза химических инструментов для изучения гликанов (сложные углеводы, построенные из различных видов сахара и часто располагающиеся на поверхности клеток). Химик изучила их влияние на такие заболевания, как рак, воспаление и вирусные инфекции, например COVID-19.
Сейчас исследователи применяют биоортогональные реакции для исследования клеток и отслеживания биологических процессов. Используя реакции, они создают противораковые лекарственные средства, одна из таких разработок Бертоцци сейчас проходит клинические испытания.
Источники: https://www.nobelprize.org/, https://www.nobelprize.org/
