Molekulaépítők kapták a kémiai Nobel-díjat

Szerdán pár perccel dél előtt a Svéd Királyi Tudományos Akadémia és az akadémia Nobel-bizottságának képviselői bejelentették, kik kapják 2022-ben a kémiai Nobel-díjat. Az idei díjat egyenlő arányban megosztva kapta az amerikai Carolyn R. Bertozzi (Stanford Egyetem), a dán Morten Meldal (Koppenhágai Egyetem) és az amerikai K. Barry Sharpless (Scripps Kutatóintézet). A Bizottság szerint a tudósok molekulaépítéssel kapcsolatos munkájukkal, pontosabban a klikk-kémia és a bioortogonális kémia terén elért úttörő kutatásaikkal érdemelték ki a legrangosabb tudományos elismerést, eredményeik új gyógyszerfejlesztési módszerekhez és terápiákhoz vezettek. Sharplessnek ez már a második Nobel-díja, a 2001-es megosztott díjban is részesült, akkor a redoxireakciókkal kapcsolatos kutatásaiért.

Molekuláris legózás

A bejelentést követő hivatalos sajtóközlemény szerint a klikk-kémia egyszerű lehetőséget ad bonyolult gyógyszermolekulák építésére. A tudományterület egyik megalapítója Barry Sharpless, aki a 2000-es évek elején leírta a klikk-kémia fogalmát: a kémia egy egyszerű és megbízható formáját, ahol a reakciók gyorsan lezajlanak, és elkerülhetők a nem kívánt melléktermékek.

“A gyógyszerkutatásokban sokszor egyszerű építőelemekből kell bonyolult, összetett rendszereket alkotni, ehhez kidolgozni kémiai reakciókat, azokat optimalizálni. A vegyészek nagy álma volt mindezt egyszerűsíteni: különböző molekuláris építőelemeket összekapcsolni akár tetszőleges sorrendben. Ebből az igényből született a klikk-kémia, aminek nevében a ‘klikk’ arra a hangra utal, amikor két passzoló legóelem összekattan" – magyarázta a Telexnek Kele Péter, az ELKH TTK Kémiai Biológiai Kutatócsoport vezetője. "Sharpless ennek az alapjait fektette le, és olyan kémiai átalakításokat keresett, amik lehetővé teszik ezt a fajta molekulaépítést hatékonyan, jó hozammal, széles oldószer-, és pH-skála mellett. Definiált is vagy egy tucat ilyen reakciót.

Bevágni a rezet

Nem sokkal később Sharpless és Morten Meldal egymástól függetlenül bemutatták a klikk-kémia egyik legfontosabb felfedezését, a rézkatalizált azid-alkin-cikloaddíciót. Ez a Bizottság közleménye szerint egy „elegáns és hatékony” kémiai reakció, amit ma már széles körben alkalmaznak.

“Az azidok és alkinek közti reakció ismert volt már évtizedekkel korábban, réz nélküli formában. Az ötvenes-hatvanas években leírták, de akkor még nem tudták, mire alkalmazható” – tette hozzá Kele Péter. “Sharpless és Meldal azt ismerte fel, hogy ha az azidokhoz és alkinekhez rézionokat adnak, akkor a reakció majdnem minden oldószerben lejátszódik, akár szobahőmérsékleten, egyetlen termékkel.”

A rézkatalizált azid-alkin-cikloaddíció alkalmazási területei Kele szerint szinte beláthatatlanok. A két molekulacsoport közti újfajta reakció hasznosnak bizonyult a gyógyszerfejlesztésen túl az anyagkutatásban, ragasztók fejlesztésekor, polimerkémiában vagy a DNS feltérképezésében. “Egyetlen hátránya volt, éppen a réz miatt: a reakció mérgező, ezért élő sejtekben nem lehetett alkalmazni” – mondta Kele Péter.

Be a szervezetbe!

Ekkor jött Carolyn Bertozzi. A kutató a sejtek felszínén található fontos, de nehezen megfogható biomolekulák, a glikánok feltérképezésére fejlesztett ki olyan klikk-kémiai reakciókat, amelyek az élő szervezetekben is működnek – a Nobel-bizottság indoklása szerint Bertozzi ezzel új szinte emelte a klikk-kémiát, mivel az általa feltalált, bioortogonálisnak nevezett reakciók a sejt normális kémiájának megzavarása nélkül zajlanak.

“Bertozzi is egy már a hatvanas években felfedezett reakciót fejlesztett tovább, és rájött, hogy ha a reakció egyik résztvevőjét, az alkint gyűrűbe zárja, akkor ez annyi többletenergiával ruházza fel az alkinokat, hogy réz nélkül is gyorsan végbemegy a reakció” – mondta Kele Péter. Bertozzi elkezdett tehát gyűrűs alkineket alkalmazni a nyílt láncúak helyett, és újabb gyűrűformákkal tökéletesítette a reakciót. Mint Kele mondta, módszere ma már közelíti a rézkatalizált reakciók sebességét.

“Ezzel létrejött a klikk-kémia biokompatibilis verziója, és élő szervezetekben is lehetett kísérletezni. Ezekben a kutatásokban olyan, a szervezetben amúgy nem megtalálható funkciós csoportokat alkalmaznak, amik csak a neki megfelelő reakciópartnerrel reagálnak, azzal viszont hatékonyan, gyorsan” – magyarázta Kele Péter. Bertozzi kutatásai nyomán fellendült a kémiai biológia, ami kémiai módszereket használ a biológiai rendszerek működésének megértéhez. Ezeket a reakciókat ma már világszerte használják a sejtkutatásban és biológiai folyamatok nyomon követésében. Kele kutatócsoportja például azon dolgozik, hogy a bioortogonális kémia és a fény segítségével hogyan lehetne célzott rákterápiát megvalósítani (akit bővebben érdekel a munkájuk, nézze meg a Kutatók Éjszakájára készült bemutatkozó videójukat). “Mára a bioortogonális kémia alkalmazása is szerteágazó. Bizonyos kutatások például már nem is a lehetséges összekapcsolásokat kutatják, hanem azt, hogy klikk-kémiai úton hogy lehet elérni, hogy egy reakcióban felszabaduljon egy bizonyos vegyület, például egy gyógyszer-hatóanyag” – mondta Kele Péter.

Többször kapták már magyarok

Tavaly a német Benjamin List és a brit David W.C. MacMillan kapta a kémiai Nobel-díjat az aszimmetrikus organokatalízis kidolgozásáért. Az indoklás szerint a két kutató munkájának köszönhetően a tudomány kapott egy minden korábbinál precízebb eszközt a molekulák építéséhez, ami nagy hatással volt a gyógyszerkutatásra, és segített környezetbarátabbá tenni a kémiát.

Magyar származású tudós utoljára 2004-ben kapott kémiai Nobel-díjat, akkor Herskó Ferenc izraeli biológust tüntették ki a test fehérjéinek lebomlását vizsgáló kutatásaiért. Herskó a díjat megosztva kapta izraeli kollégájával, Aaron Ciechanoverrel és az amerikai Irwin Rose-zal. Tíz évvel korábban, 1994-ben az Amerikában élő Oláh György kapott kémiai Nobelt a karbokationok kimutatásáért és vizsgálatáért – kutatásai révén új típusú, magas oktánszámú üzemanyagokat, illetve gazdaságos ólommentes benzint lehet előállítani. 1986-ban a Torontóban élő Polányi János megosztva, 1943-ban Hevesy György önállóan kapott kémiai Nobel-díjat. Az első magyar származású – egyébként osztrák-német – kitüntetett Zsigmondy Richárd volt, aki 1925-ben a kolloid oldatok heterogén összetételének meghatározásáért és az ultramikroszkóp feltalálásáért díjaztak.

Közel 400 millió forintos díj

Az idei Nobel-szezon hétfőn kezdődött, amikor az orvostudományi díjazottat jelentették be. Ezt az elismerést a kihalt emberszabásúak genomjával és az emberi evolúcióval kapcsolatos felfedezéseiért a svéd Svante Pääbo kapta. Kedden a fizikai Nobel-díjasok nevét ismerhettük meg, három kvantumfizikus egyenlő arányban megosztva kapta az elismerést. A francia Alain Aspect, az amerikai John F. Clauser és az osztrák Anton Zeilinger az összefonódó fotonokkal végzett kísérleteikért, a Bell-egyenlőtlenség megsértésének megállapításáért és a kvantuminformatika területén bemutatott úttörő tevékenységükért kapták a díjat. A kémiai Nobel szerdai bejelentése után a napokban még három kategória díjazottjait hirdetik ki. Csütörtökön az irodalmi Nobel-díj, pénteken a békedíj nyertesét nevezik meg, jövő hétfőn pedig az derül ki, ki kapja a svéd központi bank által 1968-ban alapított közgazdasági Nobel-díjat.

A díjakat hagyományosan december 10-én adják át, a kitüntetést alapító Alfred Nobel 1896-ban bekövetkezett halálának évfordulóján. Az igazoló okmányon és az aranyérmén kívül minden díj mellé tízmillió svéd korona (körülbelül 385 millió forint) jár. Alfred Nobel tehetős svéd nagyiparos, a dinamit feltalálója 1895-ben írt végrendeletében rendelkezett úgy, hogy vagyonának kamataiból évről évre részesedjenek a tudomány és az irodalom kiválóságai, valamint azok, akik a legtöbb erőfeszítést teszik a békéért. Nobel vagyona akkor 31 millió korona volt, ami mai értéken nagyjából 1,7 milliárd koronát ért. Az alapító utasításai szerint a díjat azoknak kell adni, akik az előző évben saját tudományterületükön a legnagyobb szolgálatot tették az emberiségnek. Az „előző évben” kitételt már régóta nem tartja be a Nobel-bizottság, mivel évtizedek is eltelhetnek, mire kiderül, hogy egy kutatás mennyire értékes.