Лауреатами Нобелевской премии по химии в 2022 году стали американцы Каролин Рут Бертоцци (Carolyn Ruth Bertozzi) из Стэнфордского университета и Карл Барри Шарплесс (Karl Barry Sharpless) из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии, а также датчанин Мортен Мельдаль (Morten P. Meldal) из Копенгагенского университета. Нобелевский комитет оценил их вклад в создание так называемой клик-химии и биоортогональной химии, о чем в среду, 5 октября, объявили представители шведского Каролинского института.

«Эти работы привели к революции в том, как химики думают о соединении молекул воедино», — пояснил Йохан Аквист (Johan ?qvist), председатель Нобелевского комитета по химии.

Данная награда стала второй нобелевкой для 81-летнего Шарплесса, прежде уже получившего Нобелевскую премию по химии в 2001 году совместно с Рёдзи Ноёри (?? ??) и Уильямом Ноулзом (William Knowles) с формулировкой «за исследования, используемые в фармацевтической промышленности — создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций».

Клик-химия (click chemistry) в настоящее время уже успешно применяется для создания новых лекарств и материалов. Основная идея заключается в подборе удобных универсальных процессов соединения простых стандартных молекулярных строительных блоков для построения более крупных и сложных молекул наподобие того, как это происходит в конструкторе LEGO. Шарплесс где-то в 2000 году придумал сам этот термин — незадолго до того, как получил свою первую Нобелевскую премию, — имея в виду простые и надежные химические реакции, которые не потребуют излишне агрессивной среды и позволят избежать нежелательных побочных продуктов.

Работая независимо друг от друга, группы Мельдаля и Шарплесса позже представили первые подходящие под эту концепцию химические реакции — катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение.

Клик-химия остается всё еще в «зачаточном состоянии» (по словам третьего лауреата, Бертоцци), однако уже оказала большое влияние на медицинские исследования и материаловедение. Эта концепция используется для создания новых молекул лекарств, полимеров и других материалов. В будущем «предстоит открыть и изобрести еще много новых реакций», как заявляет Бертоцци. Например, клик-химию можно будет использовать для включения в состав создаваемых материалов фракций, проводящих электричество, улавливающих солнечный свет, обладающих бактерицидными свойствами, защищающих от ультрафиолетового излучения или обладающих другими запрограммированными возможностями.

В свою очередь Бертоцци подняла клик-химию на новый уровень, использовав концепцию создания нужных химических реакций прямо внутри живых организмов. Она назвала их биортогональными реакциями — всё это относится к реакциям, протекающим в живых системах без нарушения их естественных процессов.

В исследованиях Шарплесса и Мельдаля в качестве катализатора для соединения молекул применялась медь, доказавшая свою эффективность, однако оказавшаяся излишне токсичной в высоких концентрациях. Бертоцци научилась проводить реакцию азид-алкинового циклоприсоединения без этого катализатора. Кроме всего прочего, ее методы позволили картировать молекулярные процессы внутри клеток, появились также надежды на их применение для таргетированной антираковой терапии.

Исследования Бертоцци продвинули вперед область гликонауки, которая фокусируется на углеводах, содержащихся на поверхностях практически всех клеток, которые участвуют во взаимодействии с соседями. Эти углеводы имеют существенные различия в тех случаях, когда содержащие их клетки больны либо здоровы. Выявление этих различий позволяет исследователям нацеливаться на поврежденные клетки, что важно для диагностирования онкологий, разного рода воспалений, диабета, сердечных заболеваний и даже COVID-19.

Как и в случае с клик-химией, биортогональные реакции также уже широко применяются в химии, биологии и медицинских исследованиях, несмотря на свое недавнее появление. Исследования, отмеченные наградой, охватывают как минимум два десятилетия, но «во многих отношениях эта технология всё еще находится в зачаточном состоянии, — вторит Бертоцци Анджела Уилсон (Angela K. Wilson), президент Американского химического общества. — Мы много говорим о персонализированной медицине, и я думаю, что всё это поможет открыть двери для нее в будущем».

Так или иначе, многие комментаторы перечисляют «огромное количество применений», которые уже нашлись для работ нынешних лауреатов. «Они используются для сборки молекул разного размера для создания обширных химических библиотек, которые можно применять для скрининга лекарств», — говорит Джон Лорш (Jon Lorsch), директор Национального института общемедицинских наук при Национальных институтах здравоохранения США. Этот метод также позволяет ученым прикреплять краситель к молекуле и отслеживать ее поведение, например, когда вирус заражает клетку.

По словам Тома Брауна (Tom Brown), профессора химии нуклеиновых кислот в британском Оксфордском университете, концепция клик-химии «преобразовала» многие области химии, материаловедения, биологии и медицины. «Она дала начало новым высокофункциональным материалам, стала катализатором важных фармацевтических разработок и оказала влияние на многие области химической биологии».

Российские химики напоминают о важной роли отечественных ученых, также стоявших у истоков этих открытий. Так, Александр Мажуга, докт. хим. наук, профессор РАН и первый заместитель председателя комитета по науке и высшему образованию Государственной Думы, отметил, что легшая в основу открытий статья 2002 года была опубликована Шарплессом совместно с нашим соотечественником и его учеником Валерием Фокиным, выпускником химфака Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.

Прежде Фокина уже называли в числе претендентов на Нобелевскую премию. А в 2012 году он стал приглашенным профессором кафедры «Инновационная фармацевтика и биотехнология» МФТИ по гранту правительства РФ.

Нобелевская премия по химии присуждалась 113 раз с момента ее первого вручения в 1901 году. Ее получили 187 ученых, но только семь женщин (две из них — совсем недавно, в 2020 году, — Эмманюэль Шарпантье (Emmanuelle Marie Charpentier) из Франции и Дженнифер Дудна (Jennifer Anne Doudna) из США7). Самая первая Нобелевская премия по химии была присуждена голландскому ученому Якобу Хендрику Вант-Гоффу (Jacobus Henricus van ‘t Hoff) в 1901 году за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах.