Nobelova nagrada za razvoj klik kemije in bioortogonalne kemije

V Stockholmu so razglasili letošnje prejemnike Nobelove nagrade za kemijo. To so Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal in Barry Sharpless (to je zanj že druga Nobelova nagrada) »za razvoj klik kemije in bioortogonalne kemije«.

Kot so pojasnili pri Kraljevi švedski akademiji za znanost, je klik kemija pravzaprav točno to, kakor se sliši, »klik in molekule se staknejo«. 

»Kemiki so že dlje časa želeli sestavljati kompleksne molekule. V farmacevtskem raziskovanju je to pogosto pomenilo poustvarjanje umetnih molekul na podlagi naravnih, ki so jim dodali zdravilne učinkovine. To je vodilo v občudovanja vredne molekularne strukture, vendar je šlo za časovno dolgotrajno in stroškovno potratno delo,« so zapisali v obrazložitvi.

Američan Barry Sharpless in Danec Morten Meldal sta položila temelje za novo metodo v kemiji, s katero se molekule združujejo hitro in učinkovito. Američanka Carolyn Bertozzi pa je metodo nadgradila in jo začela uporabljati v živih celicah. Kot je dejala v pogovoru z novinarji ob razglasitvi nagrade, gre za aplikacije v biotehnologiji, biokemiji, predvsem pa pri diagnosticiranju bolezni. »To področje je sicer še v zgodnji fazi, odkrili smo le nekaj reakcij in verjetno bo odkrite še veliko nove kemije,« je poudarila znanstvenica, ki so jo s klicem o nagradi prebudili sredi noči. 

»Letošnja nagrada za kemijo je podeljena za nezapletanje stvari, ampak za poenostavljanje. Funkcionalne molekule lahko sestavimo tudi po enostavni poti,« je povedal vodja Nobelovega komiteja za kemijo Johan Åqvist.

Carolyn Bertozzi je klik kemijo nadgradila v bioortogonalno kemijo, ki je kompatibilna z življenjem. FOTO: Benoit Doppagne/AFP

Sharpless (rojen 1941), zanj je to torej že druga Nobelova nagrada, prvo je dobil leta 2001 za »kiralno katalizirane oksidacijske reakcije«, je začel s klik kemijo. Morten Meldal (r. 1954) je neodvisno od svojega kolega predstavil delo, ki je »kronski dragulj« klik kemije: z bakrom katalizirano azid-alkinska cikloadicijo, so navedli na spletni strani Nobelovih nagrad. Gre za elegantno in učinkovito kemično reakcijo, ki je zdaj široko razširjena. Uporabljajo jo za razvoj zdravil in materialov.

Carolyn Bertozzi (r. 1966) pa je pri svojem delu z biomolekulami razvila klik reakcije, ki delujejo znotraj živih organizmov. Njene bioortogonalne reakcije se vršijo ne da bi motile normalno delovanje celic, so navedli. Na podlagi njenega dela so razvili zdravila proti raku, ki jih zdaj testirajo.

Na trgu že prva zdravila, ki so plod klik kemije

»Klik kemijo je okoli leta 2000 konceptualiziral Sharpless, ki se je pred tem ukvarjal z zelo zapletenimi molekulami in je nato razvil reakcije, ki so bile enostavne, delovale so v trenutku, na klik, brez stranskih produktov. Pod to kemijo zdaj najbolj poznamo z bakrom katalizirano reakcijo med azidi in spojinami s trojno vezjo, da nastane petčlenski aromatski obroč s tremi dušiki. Glavni čar teh reakcij je, da so zelo enostavne za izvedbo in vedno uspejo,« je poudaril doc. dr. Andrej Emanuel Cotman, mag. farm. s Fakultete za farmacijo Univerze v Ljubljani. Spomnil je, da je leta 2020 na tržišče prišlo prvo zdravilo, ki je bilo odkrito zahvaljujoč klik kemiji, še nekaj pa jih je v kliničnih testiranjih.

Morten Meldal FOTO: Philip Davali/AFP

»Bioortogonalna kemija pa je kompatibilna z življenjem. Zato tam pri klik reakcijah ne uporabljajo bakra kot katalizatorja. Gre za zelo uporabno metodo pri označevanju bioloških molekul za spremljanje procesov v živih celicah, pa tudi za študije tarč, uporabnih za razvoj zdravilnih učinkovin,« je nadaljeval dr. Cotman. Metode uporabljajo tudi pri raziskavah na fakulteti. »Letos smo objavili članek, v katerem smo se poslužili metod, za katere je Sharpless dobil prvo Nobelovo nagrado, to je asimetrično sintezo, v kombinaciji s klik kemijo, da smo načrtovali inhibitor proteina, ki je udeležen v rakavih procesih,« je pojasnil in dodal, da klik kemijo uporabljajo tudi številni študenti pri izdelavi njihovih diplomskih, magistrskih in doktorskih nalog.

Kot je dodala dr. Ema Žagar, vodja Odseka za polimerno kemijo in tehnologijo na Kemijskem inštitutu, je klik kemija vrsta selektivnih kemijskih reakcij, ki so se, zaradi svoje učinkovitosti, izkazale kot izredno pomembne za pripravo različnih biokonjugatov, razvoja naprednih polimernih materialov in za funkcionalizacijo anorganskih materialov. »Klik kemija igra pomembno vlogo tudi v bioortogonalni kemiji, kjer morajo reakcije potekati v bioloških okoljih, ne da bi pri tem vplivale na biomolekule ali motile biokemijske procese. Bioortogonalna kemija je postala pomembna metodologija bioloških študij, saj se uporablja za slikanje, identifikacijo in karakterizacijo biomolekul ter za dostavo zdravilnih učinkovin.«

Klik kemijo med drugim na Kemijskem inštitutu uporabljajo za izdelavo materialo. »Kovinsko-organske porozni materiale (ang. Metal-organic frameorks ali MOFs) sestavljajo kovinski gradniki, ki so preko organskih gradnikov povezane v porozne kristalinične strukture. Zaradi svojih raznolikosti v kristaliničnih strukturah in kemijskih sestavah so uporabni na številnih področjih naprednih tehnologij adsorpcije, heterogene katalize ali senzorike. Z delnim spreminjanjem določenih mest v kristalnih strukturah MOFov  lahko natančno prilagajamo njihove  kemijske in fizikalne lastnosti in s tem optimiziramo material za tarčno uporabo. Enega izmed najobetavnejših pristopov kemijskega prilagajanja predstavlja klik kemija. Na ta način lahko z posinteznimi organskimi reakcijami na obstoječe organske gradnike, ki sestavljajo MOF strukture, dodajamo aktivne (funkcionalne) skupine ali spreminjamo njihovo obliko (konformacijo). S to kemijsko prilagoditvijo MOF strukture lahko na primer optimiziramo kemijske lastnosti MOF ogrodij za selektivni zajem CO2 iz izpušnih plinov ali barvil iz odpadnih voda, za transport in kontrolirano sproščanje zdravilnih učinkovin«, je razložil dr. Matjaž Mazaj, raziskovalec na Odseku za anorgansko kemijo in tehnologijo na Kemijskem inštitutu.

Lani prav tako nagrada za gradnjo molekul

Lanskoletna prejemnika Nobelove nagrade za kemijo sta bila Nemec Benjamin List in britansko-ameriški znanstvenik David MacMillan, nagrado pa sta prejela zaradi razvoja orodja za gradnjo molekul, imenovanega asimetrična organokataliza. To je novo orodje za pospeševanje kemičnih reakcij, pomebno pri razvoju zdravil in tudi pri tem, da je kemija okolju bolj prijazna. 

Nobelova nagrada za kemijo za organokatalizo

Medicina in fizika

V ponedeljek so najprej razlgasili dobitnika nagrade za fiziologijo in medicino. Podelili so jo švedskemu genetiku Svanteju Pääbu. »Metode, ki jih je razvil skupaj s svojimi sodelavci, so znanstvenikom omogočile, da razvoj človeka in sorodstvene odnose med našo vrsto in drugimi nam najbolj sorodnimi (pod)vrstami (neandertalci in denisovci) raziskujejo ne več le na včasih dvoumni osnovi fosilnih ostankov, pač pa na nedvoumni osnovi dednega zapisa, ki ga vsakdo izmed nas nosi v vsaki naši celici. Vpogled v zaporedje informacij v našem dednem zapisu (zaenkrat zlasti v mtDNK in Y kromosomu) in primerjava našega zaporedja z zaporedjem sorodnih (pod)vrst je pravzaprav zelo eleganten časovni stroj, torej izjemno okno v preteklost vsakega posameznika in naše vrste kot celote,« je poudarila prof. dr. Petra Golja s katedre za fiziologijo, antropologijo in etologijo na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani. 

Nagrado prejme raziskovalec človeške evolucije

Včeraj pa so razglasili Nobelovo nagrado za fiziko, ki so si jo razdelili raziskovalci kvantne mehanike Alain Aspect, John F. Clauser in Anton Zeilinger za »raziskave prepletenih fotonov, kršitev Bellovih neenakosti in pionirskih raziskav na področju kvantno-informacijske znanosti«. 

»Kvantna prepletenost zdaj iz neke akademske posebnosti prehaja v uporabo. Na nivoju enačb gre za opis dveh teles z eno enačbo, karkoli se zgodi z enim, občuti tudi drugo telo, četudi sta na večji razdalji. Prav to je bilo za številne nesprejemljivo, ker si je to tako težko predstavljati, a ta nenavadnost odpre veliko možnosti uporabe. To je osnova delovanja kvantnih računalnikov. V zadnjih parih letih jih razvijajo vsi največji igralci od Googla do Microsofta,« je ob tem poudaril prof. dr. Anton Ramšak z ljubljanske Fakultete za matematiko in fiziko. 

Nagrada za raziskovalce kvantne prepletenosti