Nobel 2022 z chemii za „chemię kliknięć” i reakcje bioortogonalne. Wśród laureatów naukowczyni – Carolyn Bertozzi

W tym artykule:

1. Nagroda Nobla z chemii za genialne reakcje chemiczne
2. Jeden z tegorocznych noblistów otrzymał nagrodę po raz drugi
3. Carolyn Bertozzi laureatką Nagrody Nobla
4. Nobel 2022 z chemii – komentarze ekspertów

Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2022 r. otrzymało troje badaczy. Komitet noblowski uhonorował następujące osoby:

• Carolyn R. Bertozzi ze Stanford University (USA),
• Morten Meldal z Uniwersytetu w Kopenhadze (Dania),
• Karl Barry Sharpless ze Scripps Research Institute w La Jolla (USA).

„Barry Sharpless i Morten Meldal położyli podwaliny pod funkcjonalną formę chemii – chemię kliknięć – w której molekularne bloki budulcowe łączą się ze sobą szybko i wydajnie. Carolyn Bertozzi przeniosła chemię kliknięć w nowy wymiar i zaczęła wykorzystywać ją w żywych organizmach” – czytamy w werdykcie komitetu.

Nagroda Nobla z chemii za genialne reakcje chemiczne

Chemia to nauka o atomach, związkach chemicznych i interakcjach między nimi. W wymiarze praktycznym chodzi np. o produkowanie cząsteczek ważnych dla człowieka, np. wchodzących w skład leków. Uczeni nagrodzeni Noblem w tym roku pokazali, jak można to osiągnąć w nowatorski sposób.

„Tegoroczna nagroda podkreśla, że można nie komplikować zbytnio spraw, lecz pracować z tym, co łatwe i proste. Cząsteczki funkcjonalne można zbudować w nieskomplikowany sposób” – mówi Johan Åqvist, przewodniczący komitetu noblowskiego ds. chemii.

Nagroda Nobla 2022: pełna lista laureatów. Kto zwyciężył w poszczególnych kategoriach?

Nagroda Nobla jest uznawana za najbardziej prestiżowe wyróżnienie w świecie nauki. Zgodnie z testamentem Alfreda Nobla, fundatora nagrody, od 1901 roku wyróżnienie przyznaje się w dziedzini...

Tzw. chemia kliknięć to proste reakcje, które zachodzą szybko i są pozbawione niepożądanych produktów ubocznych. Podwaliny pod rozwój tej dziedziny położył prof. Sharpless. On i prof. Meldal opracowali – niezależnie od siebie – tzw. reakcję CuAAC. Natomiast prof. Bertozzi przeniosła chemię kliknięć na nowy poziom – do wnętrza żywych komórek. Jak podkreślał komitet noblowski, nobliści opracowali genialne reakcje chemiczne.

Jeden z tegorocznych noblistów otrzymał nagrodę po raz drugi

Tegorocznym noblistą został m.in. amerykański chemik prof. Karl Barry Sharpless. Pracował na Uniwersytecie Stanforda, Harvardzie, a jako profesor w Massachusetts Institute of Technology i w Scripps Research Institute w La Jolla. Co ciekawe, to jego drugi Nobel! Jego badania wykorzystano do syntezy leków nasercowych, tzw. beta-blokerów. Za prace te został uhonorowany Nagrodą Nobla w 2001. Otrzymał wówczas połowę nagrody. W tym roku przypadła mu w udziale 1/3.

Drugi nagrodzony naukowiec to prof. Morten P. Meldal z Danii. Pracuje na Uniwersytecie w Kopenhadze. Wraz z prof. Sharplessem opracował reakcję znaną jako „copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition”, czyli katalizowaną jonami miedzi cykloaddycję azydkowo-alkinową (CuAAC). Reakcja należy do wspomnianej wcześniej chemii kliknięć. Jednak reakcji CuAAC nie można stosować w przypadku organizmów żywych. Wykorzystywane w niej jony miedzi są bowiem toksyczne.

Carolyn Bertozzi laureatką Nagrody Nobla

Trzecią osobą nagrodzoną Noblem z chemii jest prof. Carolyn Ruth Bertozzi ze Stanfordu. To tej amerykańskiej uczonej zawdzięczamy termin „chemia bioortogonalna”, którego użyła po raz pierwszy w 2003 r. Prof. Bertozzi ostatnio zajmuje się tzw. glikobiologią, czyli nauką o biologicznym znaczeniu związków cukrowych.

Nobel 2022 z medycyny: Svante Pääbo, badacz DNA przodków człowieka. Dzięki niemu lepiej rozumiemy własną ewolucję

Svante Pääbo otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny lub fizjologii. Nobel przypadł mu w udziale za przełomowe badania DNA, dzięki którym powstała nowa dziedzina – paleogenomika.

Reakcje opracowane przez prof. Bertozzi, w odróżnieniu od reakcji CuAAC, działają wewnątrz żywych organizmów, nie zakłócając normalnej pracy komórek. Chemia bioortogonalna jest dziś wykorzystywana na całym świecie do badania komórek i śledzenia procesów biologicznych.

Carolyn Bertozzi ma solidne rodzinne zaplecze naukowe. Jej ojciec był fizykiem jądrowym w Massachusetts Institute of Technology (MIT), a matka pracowała na wydziale fizyki tej zacnej uczelni. Czworo rodzeństwa ojca Carolyn, wszyscy urodzeni we Włoszech, również zajęło się nauką. Starsza siostra Carolyn jest cenioną, uznawaną wręcz za genialną matematyczką i wykładowczynią na Duke University. Natomiast jej młodsza siostra została psychologiem.

W szkole średniej Carolyn grała w piłkę nożną i została zwerbowana na Harvard dzięki stypendium sportowemu. Uznała jednak, że piłka nożna jest zbyt czasochłonna i rzuciła sport, aby poświęcić się nauce. Rozpoczęła naukę na wydziale biologii, ale na drugim roku dołączyła do tego zajęcia z chemii organicznej. Chociaż nadal uczęszczała na lekcje biologii, zmieniła kierunek na chemię.

Była pierwsza w swojej grupie i ostatecznie ukończyła studia z wyróżnieniem. Jednak wydział chemii Harvardu był w tym czasie wyłącznie męski, co pokrzyżowało jej plany. W rezultacie trafiła do laboratorium na wydziale biochemii. Tam Józef Grabowski, jej nauczyciel na zajęciach chemii organicznej, zaproponował jej wakacyjną pracę. Był jednak pod takim wrażeniem jej dokonań, że nakłonił ją do napisania pracy dyplomowej, którą następnie przedłożył do nagrody pieniężnej.

Grabowski przekonał ją również do zrobienia studiów podyplomowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Tam Carolyn Bertozzi dołączyła do laboratorium chemii bioorganicznej Marka Bednarskiego, aby badać węglowodany. Carolyn bardzo ceniła pracę z Bednarskim. Napisała pracę doktorską na temat syntezy analogów węglowodanów do zastosowań biologicznych.

Kontynuując swoje zainteresowanie węglowodanami i wbrew radom innych chemików, Carolyn zaczęła pracować w laboratorium biologii komórkowej Stevena Rosena na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco. Tam badała rolę węglowodanów w stanach zapalnych i adhezji leukocytów. Po habilitacji przyjęła stanowisko adiunkta na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley i założyła własne laboratorium. Wspólnie z Rosenem założyła również prywatną firmę Thios Pharmaceuticals.

Carolyn Bertozzi jest 59. kobietą w historii, która otrzymała Nagrodę Nobla. Przed nią zaledwie siedem naukowczyń dostało Nobla w dziedzinie chemii. Wśród nich oczywiście Maria Skłodowska-Curie, podwójna noblistka. W 2020 r. Nobla z chemii dostały dwie badaczki, które opracowały tzw. metodę CRISPR, służącą do edycji genomu.

Nobel 2022 z chemii – komentarze ekspertów

– Morten Meldal i K. Barry Sharpless niezależnie pokazali, że reakcję znaną od lat 50. XX wieku – 1,3-dipolarną cykloaddycję Huisgena – która przebiegała w bardzo agresywnych warunkach w wysokiej temperaturze, można zrealizować w roztworach wodnych w niskiej temperaturze. Kluczem było zastosowanie katalizatora pozwalającego na łączenie stosunkowo rzadko występujących grup, szczególnie w układach biologicznych, w bardzo łagodnych warunkach. Carolyn R. Bertozzi, uznawana za jedną z matek chemii bioortogonalnej, pokazała natomiast, że tego rodzaju chemię można zastosować w żywych komórkach, żeby śledzić w nich określone procesy – komentuje prof. dr hab. Jacek Jemielity z Centrum Nowych Technologii UW CeNT.

– W tej chwili „chemia klik” jest bardzo rozpowszechniona w laboratoriach na całym świecie. Z katalogu firm chemicznych możemy zamówić związki modyfikowane w ten sposób, co niesamowicie ułatwia pracę biologom i biochemikom zajmującym się żywymi organizmami i komórkami. Dzięki temu nawet niewtajemniczony w chemię biolog może sięgnąć po tak modyfikowane związki, co znacznie ułatwia pracę nad wieloma procesami. W szczególności jest to ważne w obszarze rozwoju nowych leków – dodaje dr Maria Górna z Zakładu Chemii Teoretycznej i Strukturalnej Wydziału Chemii UW.

Nasz ekspert

Jan Stradowski

Redaktor prowadzący serwisu www.national-geographic.pl, z wykształcenia lekarz, z zamiłowania biolog i przyrodnik. W Radiu TOK FM prowadzi audycję „Człowiek 2.0”. Więcej: www.stradowski.net

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.