Нобелевскую премию по химии присудили учёным, перевернувшим подход к поиску и синтезу лекарств
Шведская королевская академия наук в Стокгольме сообщила, что Нобелевскую премию по химии в 2022 году получают Каролин Рут Бертоцци, американский химик, профессор Стэнфордского университета, Мортен П. Мелдал, датский химик, профессор в Копенгагенском университете, а также американский химик Карл Барри Шарплесс.
«Иногда простые ответы – лучшие. Барри Шарплесс и Мортен Мелдал удостоены Нобелевской премии по химии за то, что принесли химию в эпоху функционализма и заложили основы клик-химии. Они делят приз с Каролин Бертоцци, которая вывела клик-химию в новое измерение и начала использовать её для картирования типов клеток. Её биоортогональные реакции теперь среди прочего способствуют более целенаправленному лечению рака», – объяснил свое решение комитет.
Лауреаты Нобелевской премии по химии 2022 года: Барри Шарплесс, Каролин Бертоцци и Мортен Мелдал
(иллюстрация Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences)
С момента зарождения современной химии в XVIII веке учёные использовали природу как образец для подражания. В растениях, животных и микроорганизмах находили молекулярные структуры, которые исследователи пытались воссоздать искусственным путём. Зачем? Например, чтобы на их основе разработать эффективные лекарства. Однако есть проблема: сложные молекулы создаются в несколько этапов, и каждый из них оставляет побочные продукты, которые надо удалять. Для сложных молекулярных конструкций потери могут быть очень велики, так что в финале почти ничего не остаётся. Лауреаты премии 2022 года как раз нашли способ упростить этот процесс: реакции протекают быстро, а нежелательные побочные продукты исключаются. Американец Барри Шарплесс уже получал Нобелевскую премию по химии, и было это в 2001 году. Примерно тогда же он придумал концепцию клик-химии (от англ. click – «щелчок»), выступив за новый минималистский подход в этой науке – использовать в реакциях более простые молекулы, имеющие полный углеродный каркас. Эти молекулы можно соединять с помощью мостиков из атомов азота или кислорода, которые легче контролировать. Проще говоря, он предложил получать химические вещества быстро и надёжно, соединяя между собой маленькие элементы.
Второй лауреат, датчанин Мортен Мелдал, открыл то, что члены Нобелевского комитета именуют «жемчужиной клик-химии», – реакцию, название которой для большинства из нас звучит как магическое заклинание. Это катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Оно широко используется в настоящее время при разработке тех же лекарств для картирования ДНК и создания новых материалов. Мортен Мелдал открыл эту реакцию случайно. Он занимался поиском потенциальных фармацевтических веществ и однажды провёл совершенно рутинную реакцию, добавив в качестве катализатора немного ионов меди, и сделал вывод, что эту реакцию в будущем можно использовать для связывания множества различных молекул.
Но ни Шарплесс, ни Мелдал не изучали, как действует клик-химия в живых организмах. Это сделала Каролин Бертоцци из Стэнфордского университета. Она стремилась усовершенствовать химические реакции «по щелчку», чтобы они хорошо работали в клеточных средах, и сосредоточилась на одной из областей, связанной с онкологией. Бертоцци исследовала биомолекулы, которым в то время почти не уделялось внимания, – гликаны. Это сложные углеводы, построенные из различных видов сахара и часто располагающиеся на поверхности клеток. Изучая их, она пришла к выводу, что некоторые гликаны, по-видимому, защищают опухоли от иммунной системы организма, заставляя иммунные клетки отключаться. Чтобы заблокировать этот механизм, Каролин Бертоцци с коллегами создала биопрепарат нового типа – к гликан-специфическим антителам присоединили ферменты, расщепляющие гликаны на поверхности опухолевых клеток, чтобы сделать их «видимыми» для иммунитета. Сейчас он проходит клинические испытания на пациентах с запущенной формой рака. Она же предложила термин «биоортогональные реакции» для описания химических реакций, которые способны протекать внутри живых систем, не мешая естественным биохимическим процессам.
Клик-химия, разработанная Барри Шарплессом, может найти применение в разработке материалов с заданными свойствами, в медицине для поиска лекарств, а также для разработки новых меток для магнитной томографии и для позитронно-эмиссионной томографии при поиске метастазов. А азид-алкиновое циклоприсоединение, катализируемое медью, позволяет сделать синтез проще и быстрее. К тому же клик-химия может быть использована прямо в живой клетке с применением биоортогональных реакций и, как показала Каролин Бертоцци, в терапии различных заболеваний.
Экспертный комментарий предоставлен доцентом кафедры медицинской биохимии и иммунопатологии РМАНПО
кандидатом биологических наук, доцентом Еленой Андреевной Нешковой