Co wspólnego mają klocki LEGO z opracowywaniem nowych leków? Więcej niż mogłoby się wydawać. Naukowcy potrafią dziś łączyć odpowiednio przygotowane cząsteczki niemal tak, jak dopasowuje się do siebie elementy układanki. Takie podejście, nazywane chemią kliknięć (click chemistry), otworzyło nowe możliwości w badaniach nad lekami, diagnostyce i biotechnologii.
O znaczeniu tego odkrycia opowiadał podczas wizyty w Warszawie prof. Morten Meldal, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 2022 r. Duński naukowiec spotkał się ze studentami i młodymi badaczami Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Medycznego w Łodzi oraz Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego.
Chemiczne LEGO. Za co Morten Meldal otrzymał Nobla?
W 2022 r. Morten Meldal, Carolyn R. Bertozzi i K. Barry Sharpless zostali uhonorowani Nagrodą Nobla za rozwój chemii kliknięć i chemii bioortogonalnej. Chemia kliknięć polega na wykorzystywaniu reakcji, które pozwalają szybko, selektywnie i w przewidywalny sposób łączyć odpowiednio dobrane fragmenty cząsteczek. Dzięki temu badacze mogą sprawniej tworzyć nowe związki chemiczne, ograniczając przy tym powstawanie niepożądanych produktów ubocznych.
– Najłatwiej wyobrazić sobie click chemistry jak klocki LEGO. Chodzi o taki sposób prowadzenia reakcji, który pozwala w prosty, szybki i niezawodny sposób łączyć ze sobą odpowiednio przygotowane cząsteczki – trochę tak, jak łączymy pasujące do siebie klocki
– wyjaśniał prof. Morten Meldal.
Jednym z najważniejszych osiągnięć duńskiego chemika było współodkrycie reakcji umożliwiającej wydajne łączenie azydków i alkinów przy udziale jonów miedzi(I). To jeden z najbardziej znanych przykładów chemii kliknięć. Metoda pozwala budować złożone struktury z wcześniej przygotowanych elementów, co znacznie ułatwia pracę nad wieloma związkami wykorzystywanymi w badaniach naukowych.
Od chemii do medycyny. Jak odkrycie pomaga opracowywać leki?
Chemia kliknięć nie jest metodą leczenia. Stanowi jednak narzędzie, które może przyspieszać badania nad nowymi substancjami leczniczymi oraz rozwój technologii diagnostycznych. Dzięki niej naukowcy mogą sprawniej tworzyć i modyfikować związki chemiczne, przyłączać do nich znaczniki oraz badać ich właściwości. Technologia jest wykorzystywana także w pracach nad rozwiązaniami umożliwiającymi bardziej precyzyjne dostarczanie substancji aktywnych do określonych komórek i tkanek. Ma to szczególne znaczenie w rozwoju nowych leków, gdzie istotne jest nie tylko znalezienie związku o odpowiednim działaniu, lecz także zrozumienie, jak zachowuje się on w środowisku biologicznym.
Z chemią kliknięć wiąże się również chemia bioortogonalna. Pozwala ona prowadzić wybrane reakcje chemiczne w żywych komórkach bez istotnego zakłócania ich naturalnego funkcjonowania. Dzięki temu naukowcy mogą oznaczać i obserwować cząsteczki uczestniczące w procesach biologicznych.
Nie wszystkie reakcje chemii kliknięć nadają się jednak do wykorzystania w żywych komórkach. Klasyczna reakcja współodkryta przez Meldala wymaga katalizatora miedziowego, który w określonych warunkach może działać toksycznie na komórki. Dlatego do zastosowań biologicznych opracowuje się również reakcje niewymagające takiego katalizatora.
Odkrycia nagrodzone Noblem dały badaczom nowe możliwości projektowania cząsteczek i obserwowania procesów zachodzących w organizmie. To z kolei może przyczyniać się do rozwoju diagnostyki i nowych terapii.
Wielkie odkrycia nie zawsze zaczynają się od wielkiego planu
Podczas spotkań w Warszawie prof. Morten Meldal mówił nie tylko o chemii, ale również o tym, jak naprawdę wygląda praca naukowca. Podkreślał, że przełomowe odkrycia często pojawiają się wtedy, gdy eksperyment przynosi rezultat inny od oczekiwanego.
– W nauce bardzo łatwo skupić się wyłącznie na rezultacie: postawić hipotezę, zaplanować eksperyment i oczekiwać konkretnego efektu. Tymczasem prawdziwe odkrycia często zaczynają się wtedy, gdy dzieje się coś innego, niż zakładaliśmy
– mówił noblista.
Jak zaznaczał, chemia kliknięć nie została od początku zaprojektowana jako rozwiązanie przeznaczone do jednego konkretnego zastosowania. Jej znaczenie ujawniło się wraz z rozwojem badań i kolejnymi możliwościami wykorzystania.
– Dlatego w nauce tak ważna jest ciekawość i uważność na to, co pokazuje eksperyment, nawet jeśli prowadzi nas w zupełnie innym kierunku. Czasem właśnie ta nieplanowana droga okazuje się najciekawsza i prowadzi do rzeczy, których wcześniej nie potrafiliśmy sobie wyobrazić
– podkreślał prof. Meldal.
To przesłanie skierowane było szczególnie do studentów i doktorantów rozpoczynających działalność naukową. Noblista zachęcał ich do otwartości na nieoczekiwane wyniki, które mogą stać się początkiem ważnego odkrycia.
Noblista na polskich uczelniach. Inspiracja dla młodych badaczy
Wizyta prof. Mortena Meldala odbyła się w ramach Nobel Prize Inspiration Initiative – międzynarodowego programu realizowanego przez Nobel Prize Outreach we współpracy z AstraZeneca. Jego celem jest umożliwianie studentom i młodym naukowcom bezpośrednich spotkań z laureatami Nagrody Nobla oraz poznawania ich doświadczeń badawczych.
Jak podkreślił prof. Rafał Krenke, rektor Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, uczelnia nie tylko kształci przyszłych lekarzy i przedstawicieli innych zawodów medycznych, ale również rozwija działalność naukową.
– Wizyta takiego autorytetu jak laureat Nagrody Nobla, prof. Mortena Meldala, jest bezcenną inspiracją dla naukowców, doktorantów i studentów angażujących się w prace licznych kół naukowych na naszej uczelni
– zaznaczył rektor WUM.
Tegoroczne wydarzenie było piątą edycją programu zorganizowaną w Warszawie. W poprzednich latach polskie środowisko akademickie spotkało się m.in. z sir Peterem Ratcliffe'em, laureatem Nagrody Nobla z fizjologii lub medycyny z 2019 r., oraz prof. Craigiem C. Mello, który otrzymał tę nagrodę w 2006 r. za odkrycie mechanizmu interferencji RNA.
Czytaj też:
AI pomoże wybrać obiecujące cząsteczki. IIMCB bierze na cel RNA Czytaj też:
Jedna „litera” RNA zmienia odporność. Naukowcy odkryli ważny mechanizm Czytaj też:
Polscy naukowcy współtworzą „mapę życia”. Przełomowy projekt RNA może zmienić medycynę