Tik spragt – ir molekulės susijungia! Paskelbti Nobelio chemijos premijos laureatai

Kaip sudėtingus procesus paversti kuo paprastesniais? Šis klausimas – tartum kuras varikliui įvairių sričių tiksliuosiuose moksluose. O jeigu tai puikiai pavyksta – žiūrėk, gal ir Nobelio premiją bus galima gauti. Kaip kad tai pavyko amerikietei Carolyn R. Bertozzi, danui Mortenui Meldalui bei amerikiečiui K. Barry Sharplessui. Jie pasidalins 2022 metų Nobelio chemijos premiją „už spragtelėjimo chemijos“ (ang. click chemistry) ir bioortogonalinės chemijos vystymą“.

„Ir vėl sudėtingi terminai“, – galbūt atsidusite. Tačiau už jų slypi nauji metodai, kurie, kaip viliamasi, padės kovoti su vėžiu. Bet apie viską nuo pradžių.

Karališkoji Švedijos mokslų akademija rašo, kad chemikai jau daug metų kuria (moksliškais terminais sakant – sintetina) vis naujesnes ir sudėtingesnes medžiagų molekules. Šitaip galima daryti įvairius esamų molekulinių struktūrų pakeitimus, tas struktūras tobulinti. O galima ir kurti visiškai naujas medžiagas, kurios gamtoje natūraliai nesusidaro. Tokie pavyzdžiai – plastikas, poliesteris, nailonas ir daugybė kitų plačiai pasaulyje naudojamų medžiagų. Todėl pramonėje cheminė sintezė praverčia, kai reikia gaminti didelius produktų kiekius.

Nobelio premijos laureatas, amerikiečių chemikas K. Barry Sharplessas. EPA nuotrauka

Kitas panaudojimo būdas – farmacija, kurioje medžiagų molekulės yra tobulinamos, kad vaistai geriau veiktų. Taip pat chemikai sintetina gamtoje pasitaikančius cheminius junginius, kad geriau suprastų jų struktūrą – arba sukuria naujas molekules ir ieško būdų, kurgi būtų galima jas pritaikyti.

Kaip molekulės kuriamos? Tai yra kažkas panašaus į LEGO kaladėlių dėliojimą! Tik, žinoma, gerokai sudėtingiau. Chemikai nusibraižo norimos molekulės modelį ir tada laboratorijoje prie vadinamųjų „pradinių medžiagų“ – mažesnių molekulių – prideda įvairių atomų ar kitų molekulių. Šitaip „kaladėlė po kaladėlės“ pasiekiamas konstrukcijos tikslas.

Kiekviename žingsnyje vyksta nuodugnūs patikrinimai; kai norima molekulė galiausiai sukonstruojama, siekiama pagaminti didesnį jos kiekį, kad būtų nustatyta, ar šis kūrinys tikrai turi prognozuotas savybes. Prie naujos molekulės galima prijungti dar kitus atomus (ar kitas molekules) ir žiūrėti, kas čia bus. Dėl to patys chemikai šį procesą vadina tikru menu!

Nobelio premijos laureatas, danų chemikas Mortenas Meldalas. EPA nuotrauka

Turbūt paprasčiausias tokio „kaladėlių dėliojimo“ pavyzdys būtų vanduo. Tai, žinoma, yra dažniauiai gamtoje randama medžiaga, bet laboratorijoje vandens molekulę išgautume, jei sujungtume du vandenilio ir vieną deguonies atomą.

Tačiau chemines konstrukcijas statyti metų metus nebuvo lengva: atomai ir molekulės vienas prie kito nekimba taip lengvai kaip LEGO. Tad pirmieji plojimai skamba vienam iš šių metų Nobelio premijos laureatų Barry Sharplessui: jis 2001-aisiais išplėtojo „spragtelėjimo chemijos“ (ang. click chemistry) sąvoką, kuri apibūdina paprastus ir patikimus procesus, kai cheminės reakcijos vyksta greitai ir išvengiama nepageidaujamų šalutinių produktų. Kaip lengvai ir nesudėtingai užsisegami saugos diržai (tik spragt, ir viskas), taip mokslininkai surado priemonių, kaip lengviau „susegti“ atomus.

Už savo darbus tais pačiais, 2001-aisiais, metais B. Sharplessas gavo pirmąją Nobelio chemijos premiją. Antrąją gaus praėjus 21 metams.

Neilgai trukus po B. Sharplesso pirmosios premijos, jis su kolega iš Danijos Mortenu Meldalu (nepriklausomai vienas nuo kito) pristatė tai, ką Karališkoji Švedijos mokslų akademija vadina… tikru „spragtelėjimo chemijos“ perlu: vario katalizuojamą azido-alkino cikloapjungimą. Šitie žodžiai man irgi nieko nesako, kaip ir Jums, bet Akademija tikina, jog tai yra šiuo metu plačiai naudojama „elegantiška (!) ir veiksminga“ cheminė reakcija. Toji reakcija – kaip ir „spragtelėjimo chemija“ apskritai – be galo praverčia kuriant naujus vaistus, kitas reikalingas medžiagas ar genetinius DNR žemėlapius (kurių dėka galima nustatyti konkrečius genus, pavyzdžiui, lemiančius paveldimą ligą ar pan.).

Nobelio premijos laureatė, amerikiečių chemikė Carolyn R. Bertozzi. EPA nuotrauka

Galų gale, savo žodį tarė ir amerikietė Carolyn Bertozzi, kuri, kaip teigiama, „spragtelėjimo chemiją“ pakėlė į naują lygį. Norėdama sudaryti svarbių, bet sunkiai aptinkamų biomolekulių, esančių ląstelių paviršiuje – glikanų – žemėlapį, ji sukūrė „spragtelėjimo“ chemines reakcijas, kurios gali veikti jau nebe laboratorijoje, o gyvų organizmų viduje! Vadinamosios bioortogoninės reakcijos organizmui nepadaro jokios žalos, tad jas galima saugiai ir patikimai naudoti, tiriant ląsteles ir sekant biologinius procesus.

Pabaigoje dar kartą grįžtame prie farmacijos: naudodami C. Bertozzi sukurtas bioortogonines reakcijas, mokslininkai klinikiniuose tyrimuose stiprina pajėgas kovoje su onkologinėmis ligomis – ir tobulina priešvėžinių vaistų nukreipimą į reikiamas vietas organizme.

Štai kodėl Nobelio chemijos komitetas tiesiai šviesiai teigia: šiųmetinių laureatų atradimai daro stebuklus.

Parengta pagal Nobelprize.org ir užsienio spaudą