Клик — и готово!

Нобелевская премия по химии 2022 года вручена химикам, которые придумали и развили новую концепцию создания сложных органических соединений. Как сообщил в среду Нобелевский комитет, премию разделили между собой Каролин Р. Бертоцци (Стэнфордский университет, США), Мортен Мелдал (Университет Копенгагена, Дания) и Барри Шарплесс (Университет Скриппса, США). Официальная формулировка — «За разработку клик-химии и биоортогональной химии».

Казалось бы, только в прошлом году Шведская академия наук отметила органическую химию, вручив премию за развитие асимметричного органикатализа. И снова премию получили химики-органики. Однако для важности этого открытия нужно понимать, какого уровня задачу решили лауреаты 2022 года.

Одна из главных проблем органической химии заключается в том, что сложные молекулы получаются через многостадийный синтез. Строительство углеродных каркасов неплохо получается у природы, но химикам с большим трудом удавалось «уговорить» атомы углерода в молекулах правильно соединиться друг с другом. 10–20 стадий для получения нужной молекулы — далеко не самый сложный путь для органического синтеза. На каждой стадии выход требуемого вещества далеко не стопроцентный. К тому же почти всегда получается много ненужных и сложно отделяемых изомеров. И это не считая растворителя. А без полной очистки двигаться дальше по цепочке невозможно. Порой выход конечного вещества достигает десятых долей процента от исходных реагентов. Поэтому синтез биологически активных молекул сложного строения иногда даже сравнивают с искусством.

В начале 2000-х годов профессор Барри Шарплесс придумал концепцию клик-химии. Это удивительная схема, по которой сложнейшие реакции протекают быстро и исключаются нежелательные побочные продукты. Фактически Шарплесс обманул органические молекулы, заставив их соединяться друг с другом не через образование связи «углерод—углерод», а через кислородные или азотные мостики.

Следующий шаг сделали Барри Шарплесс и независимо от него Мортен Мелдал. Они придумали реакцию, которая называется катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение. Среди органиков эта реакция считается жемчужиной клик-химии, говорится в релизе Нобелевского комитета. Реакция действительно похожа на срабатывание замка и происходит «буквально по щелчку пальца». Кроме того, происходит она в воде и в присутствии кислорода — оба фактора губительны для многих реакций в органической химии. С ее помощью на порядки упростилось получение множества фармацевтических соединений, стала доступной и дешевой схема картирования ДНК, появились методики модификации органических полимеров, позволяющие ввести в их структуру антибактериальные средства, защищающие от ультрафиолета группы и многое другое. Но все эти модификации касались лишь веществ и материалов.

Каролин Бертоцци стала третьей среди лауреатов 2022 года потому, что «подняла клик-химию на новый уровень». Она долго работала над изучением гликанов. Это сложные углеводы, которые построены из различных сахаров и часто располагаются на поверхности белков и клеток. Они играют важную роль во многих биологических процессах, например, когда вирусы заражают клетки или когда активируется иммунная система.

Но существующие инструменты изучения к ним оказались очень слабо применимы. И многие исследователи отступили. Но Каролин Бертоцци упорно работала над проблемой, искала новые подходы и в конце концов нашла. Ее основанная на применении принципов клик-химии разработка — биоортогональные реакции — позволила проводить клик-химические реакции прямо в живой клетке, без нарушения ее нормальной жизнедеятельности. И сейчас в мире уже проходят клинические испытания несколько фармацевтических препаратов для таргетной терапии раковых заболеваний.