«Упрощение сложных процессов»: какое открытие удостоилось Нобелевской премии по химии

Нобелевской премии в 2022 году были удостоены специалисты по клик-химии — методике, позволяющей проводить органические реакции быстро и без побочных продуктов. Лауреатами стали американцы Каролин Бертоцци и Барри Шарплесс и датчанин Мортен Мелдал. Шарплесс и Мелдал в начале 2000-х независимо друг от друга описали реакции, протекающие по принципу клик-химии. Бертоцци же смогла применить эти наработки в биотехнологиях. По словам экспертов, клик-химия стала большим прорывом для фармацевтики, поскольку она позволяет проводить нужные реакции прямо в живых клетках без побочных эффектов.

• Gettyimages.ru
• © DNY59

Нобелевский комитет Королевской академии наук назвал имена лауреатов Нобелевской премии 2022 года по химии. Ими стали американцы Каролин Бертоцци и Барри Шарплесс, а также датчанин Мортен Мелдал. Учёные удостоились награды «за вклад в развитие клик-химии и биоортогональной химии».

«Нобелевская премия по химии в 2022 году присуждается за упрощение сложных процессов. Барри Шарплесс и Мортен Мелдал заложили основу функционального направления химии — клик-химии, которая характеризуется быстрым и эффективным соединением молекулярных строительных блоков. Каролин Бертоцци вывела клик-химию на новый уровень, начав использовать её в живых организмах», — пояснили в комитете.

«Концепция простой и эффективной химической реакции»

Как отмечается в сообщении, синтез сложных молекулярных конструкций хотя и позволяет создавать новые лекарства, но требует времени и значительных затрат, поскольку часть реактивов теряется в виде побочных продуктов. Примерно в 2000 году Шарплесс придумал концепцию клик-химии, которая позволяет проводить реакции синтеза быстро и без потерь, пояснили в Нобелевском комитете.

«Вскоре после этого Мортен Мелдал и Барри Шарплесс независимо друг от друга разработали концепцию простой и эффективной химической реакции, в настоящее время широко используемой и являющейся высшим достижением клик-химии, — катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Помимо множества других применений, данная реакция используется при синтезе фармацевтических препаратов для картирования ДНК и создания более пригодных для целевого назначения материалов», — говорится в заявлении комитета.

• Портреты лауреатов Нобелевской премии по химии 2022 года Каролин Бертоцци, Мортена Мелдала и Барри Шарплесса
• globallookpress.com
• © Ren Pengfei/XinHua

В свою очередь, Каролин Бертоцци для картирования важных, но «неуловимых» биомолекул на поверхности клеток (гликанов) разработала клик-реакции, которые могут происходить внутри живых организмов.

«Внедрённые ею биоортогональные реакции (реакции, способные протекать внутри живых клеток, не сбивая естественные биохимические процессы. — RT) протекают, не нарушая нормальный химический состав клетки», — добавили в комитете.

Сейчас такие реакции находят применение в медицине, в частности при разработке противораковых препаратов.

Метод клик-химии появился в качестве решения ряда сложностей, возникающих в процессе промышленного синтеза, особенно в сфере фармацевтики. Дело в том, что для получения нужного химического соединения исходный реагент часто приходится проводить через целый ряд реакций и процедур, на каждом из которых часть вещества теряется в виде побочных продуктов. Это повышает стоимость конечного препарата и усложняет процесс производства.

Как отметил в комментарии RT доктор химических наук, профессор РАН Сергей Вацадзе, лауреатам премии удалось придумать очень удобные методы, которые позволяют соединять совершенно разные молекулы.

«Например, небольшие простые молекулы объединять в одну или же присоединять их к какому-то биополимеру. Этот метод позволяет работать в клеточной культуре или даже в клетках настоящих организмов. Сейчас практически весь мир пользуется этой методикой. У неё также есть и другое важное достоинство: в данном случае из двух молекул, участвующих в реакции, получается просто третья молекула, без побочных продуктов. Это реакция присоединения: сколько атомов задействуется, столько и остаётся в конечном продукте. Это очень удобно», — пояснил эксперт.

Принцип клик-химии можно сравнить с конструктором: сначала из маленьких простых молекул собираются небольшие фрагменты, а затем из них формируется молекула конечного вещества путём проведения несложных реакций, в результате которых все элементы соединяются воедино.

• Gettyimages.ru
• © josemoraes

В свою очередь, научный руководитель РХТУ им. Д.И. Менделеева доктор химических наук, профессор РАН Александр Мажуга в разговоре с RT отметил, что Нобелевская премия по химии в этом году даётся за разработку нового фундаментального подхода к превращению соединений, который находит широкое практическое применение.

«В этом году Нобелевская премия по химии была дана за новый класс химических реакций. Прежде всего это касается органической химии, клик-реакция — это дословный перевод, а по сути, это способ, который позволяет легко, без создания особых условий и применения сложных катализаторов получать сложные молекулы», — добавил профессор.

«Очень большое открытие»

Напомним, Барри Шарплесс уже становился лауреатом Нобелевской премии по химии в 2001 году совместно с американским коллегой Уильямом Ноулзом и японцем Риодзи Ноиори. Тогда группа исследователей удостоилась награды за открытие катализаторов для производства так называемых зеркальных молекул, широко применяемых в фармацевтике. Известно, что многие молекулы имеют две формы — левую и правую, это свойство называется хиральностью. Такие молекулы могут по-разному проявлять себя в биохимических процессах, поэтому открытие способа задавать хиральность молекул при синтезе сыграло важную роль для фармацевтики.

Об учёном снова заговорили в СМИ в преддверии вручения Нобелевской премии по химии 2013 года. Тогда агентство Thomson Reuters, владеющее порталом индексации научных публикаций Web of Science, спрогнозировало, что Шарплесс имел шансы стать нобелевским лауреатом совместно с американским коллегой М.Дж. Финном и выходцем из России Валерием Фокиным — этих учёных назвали тогда создателями клик-химии.

Спустя девять лет клик-химия действительно удостоилась Нобелевской награды, однако Финн и Фокин не вошли в число лауреатов.

По словам Александра Мажуги, нет чётких критериев, по которым в научной среде определяют отцов-основателей того или иного научного направления. Иногда схожие научные исследования ведутся параллельно разными научными коллективами, как это было в случае групп Шарплесса и Мелдала. Утверждается, что Мортен Мелдал независимо пришёл к тем же выводам, что и американские химики.

«Несколько лет назад в научной среде даже звучали прогнозы, что Нобелевскую премию со временем получат Мелдал, Шарплесс и Фокин, но тогда этого не случилось. Что касается Каролин Бертоцци, то она впервые показала, что эту реакцию можно использовать, чтобы модифицировать и изучать разнообразные биомолекулы, это тоже очень большое открытие. В истории Нобелевской премии по химии не было случаев, чтобы её одновременно присуждали более чем троим учёным. Поэтому не думаю, что Валерий Фокин не был включён в группу лауреатов по какому-то злому умыслу», — подытожил эксперт.

Источник