На чтение: ≈ 9 мин.В этом году Нобелевская премия по химии досталась профессору Каролин Бертоцци из Стэнфордского университета и ее коллегам Мортену Мельдалю из Копенгагенского университета и Карлу Барри Шарплессу из Института Скриппса за вклад в развитие так называемой клик-химии. Речь идет о наборе реакций, позволяющем получать стабильные сложные молекулы из веществ, изначально несоединимых между собой.
Химия сама по себе наука весьма и весьма непростая. Есть вещества, которые прекрасно вступают в реакции и образуют устойчивые соединения. А есть те, которые сочетаться друг с другом категорически не желают или все-таки соединяются, но соединения эти быстро распадаются… А если определенные сочетания веществ требуются для изготовления лекарственных препаратов? Нередко возникает такая ситуация, когда теоретически создать такой препарат возможно, но на практике он не синтезируется или эффект от него не тот, что ожидали.
«Руками мы можем два объекта соединить легко, а когда мы переходим в микромир, мир молекул, атомов, мы не можем увидеть и потрогать то, с чем работаем, – комментирует доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института органической химии имени Н.Д.Зелинского РАН, заведующий лабораторией органических и металлоорганических азот-кислородных систем Алексей Сухоруков. – Когда перед нами стоит задача соединить функциональные молекулы, она решается с помощью химических реакций. Проблема в том, что они капризные и идут не селективно, то есть мы хотим сделать одну связь, получается другая, или идут побочные процессы, которые мы не можем контролировать. Поэтому нужны суперэффективные реакции, которые легко протекают, дают продукты с высокими выходами. Эту проблему и решают клик-реакции».
Суть открытия в том, что его авторы изобрели специальные ингредиенты-«посредники», позволяющие сочетать между собой несочетаемые химические элементы. Это позволило синтезировать в лабораторных условиях сложные органические молекулы, по составу аналогичные тем, которые синтезирует наш организм при помощи естественных ферментов.
Дело в том, что биологический организм сам по себе является большой лабораторией и в принципе может вырабатывать любые жизненно необходимые нам вещества и лекарства. Однако в результате разнообразных сбоев этого не происходит, либо количества «препарата» недостаточно, чтобы решить возникшую проблему. И вот тогда на помощь приходят медикаменты.
«Фактически с точки зрения фармацевтики мы можем модернизировать молекулу до неузнаваемости, тогда ее селективность, специфичность повысится на несколько порядков, – считает заведующий лабораторией геномной инженерии МФТИ Павел Волчков. – Грубо говоря, ученые открыли клик-химию, которая дала начало эре высокоселективных химических соединений».
Вообще-то наука шла к этому уже давно. И нельзя сказать, что в данной области не было прорывов, но производство нужных молекулярных конструкций неизменно оказывалось слишком дорогим и трудоемким. Понятие «клик-химия» ввел Шарплесс. Они с Мельдалем независимо друг от друга разработали реакцию катализируемого медью азид-алкинового циклоприсоединения, которая впоследствии стала ключевой для клик-химических процессов. Что же касается Бертоцци, то она первой научилась применять такие реакции для биологических систем, при этом не нарушая химического состава живой клетки.
«Почему клик? Потому что у нас есть две части, которые друг к другу очень хорошо приклеиваются без побочных реакций и особенных условий», – поясняет руководитель проектов Центра персонализированной медицины ЭНЦ МЗ РФ Виктор Богданов. В ходе экспериментов выяснилось, что клик-реакции позволяют быстрым и упрощенным способом получать триазолы – вещества, производные которых служат в медицине основой для антибиотиков, нейролептиков, обезболивающих и гипотензивных препаратов, а в промышленности – для производства оптических отбеливателей, пластификаторов, гербицидов, антикоррозийных средств и проч. Спектр применения таких веществ очень широк. Азид-алкиновое циклоприсоединение известно также как реакция Хьюсгена. Его открыли еще в конце позапрошлого столетия, но благодаря меди как катализатору реакция протекает в 107 раз быстрее обычного, причем составляющие можно даже не нагревать, достаточно температуры, близкой к комнатной, а в качестве растворителя подойдет любая жидкость, даже обычная вода.
«Клик-реакция Хьюсгена наиболее известна и используема в областях химии, – рассказывает Алексей Сухоруков. – С ее помощью можно соединить абсолютно разные молекулы – краситель и полимер или два лекарственных препарата с разными методами действия. Например, чтобы получить эффективный противораковый препарат, берутся два уже известных препарата, но с разными механизмами противоракового действия, и соединяются с помощью этого метода. Получается препарат, на порядок более эффективный».
Одним из разработчиков технологии клик-химии является наш бывший соотечественник Валерий Фокин, который, правда, сейчас живет и работает в США. Однако его не включили в группу лауреатов. Также одна из клик-реакций – боронат-триольная конденсация – была открыта сотрудниками московского Института органической химии имени Н.Д.Зелинского.
«Она работает по такому же принципу: мы соединяем две молекулы с разными функциональными свойствами, – говорит Сухоруков. – У нас между собой взаимодействуют триол (это трехатомный спирт) и бороновая кислота. У нашей клик-реакции есть такое свойство: классическая клик-реакция, за которую дали как раз Нобелевскую премию, необратима, в нашем случае молекулу можно не только собрать, но и расщепить. Это применимо при задачах, связанных с удалением каких-то загрязнений». По словам Сухорукова, данная реакция применима и в медицинской сфере. «Бывают ситуации, когда нужна адресная доставка препарата, – объясняет ученый. – Одна молекула отвечает за то, чтобы препарат попал в нужную часть организма, а другая и есть лекарство. А дальше нам нужно, чтобы этот лекарственный препарат с помощью внешнего воздействия или структуры раковой клетки освободился от части-курьера». Эту задачу и решают обратимые клик-реакции.
Так что прорыв в химической науке вполне мог быть осуществим и российскими исследователями, которые, кажется, продвинулись в своих результатах куда дальше западных коллег.
Ида ШАХОВСКАЯ
Выбор читателей
Комментарии