مُنحت جائزة نوبل لـ “انقر فوق الكيمياء” – وهي طريقة صديقة للبيئة لبناء الجزيئات

مُنحت جائزة نوبل للكيمياء لعام 2022 لثلاثة أشخاص لتطوير كيمياء النقر ، وهي طريقة صديقة للبيئة للانضمام السريع للجزيئات لتطوير علاجات السرطان ، وإنشاء المواد وإلقاء الضوء على طريقة عمل الخلايا.

كارولين ر. بيرتوزي من جامعة ستانفورد في الولايات المتحدة ، ومورتن ميلدال من جامعة كوبنهاغن في الدنمارك ، وك. باري شاربلس من شركة سكريبس للأبحاث ، أيضًا في الولايات المتحدة ، ستتقاسم جائزة 10 ملايين كرونة سويدية (808،554 جنيهًا إسترلينيًا) ” تطوير انقر فوق الكيمياء والكيمياء المتعامدة الحيوية “.

جعلت الكيمياء العالم الحديث ، من الأدوية إلى المواد الاصطناعية ، ومن البطاريات إلى الوقود ، والشاشات المسطحة إلى الأسمدة. غالبًا ما تسببت هذه الإبداعات في مشاكل بيئية وطبية ، ومن الأمثلة الواضحة التلوث البلاستيكي والمشاكل الصحية المرتبطة بـ “المواد الكيميائية إلى الأبد”.

لذلك يدرك الكيميائيون اليوم تمامًا الحاجة إلى مراعاة البيئة والتأثير الأخلاقي لإبداعاتهم. دفع هذا العلماء إلى التفكير بعناية في كيفية الابتكار بطريقة خضراء ومستدامة ، مع إنشاء مركبات ومواد جديدة لمواجهة تحديات العالم.

من الصعب بناء جزيئات جديدة. غالبًا ما يتطلب عددًا كبيرًا من التفاعلات الفردية المتسلسلة ، كل واحدة تعوقها ردود الفعل الجانبية التي تقلل من نقاء العينة. هذا يزيد من عدد وتعقيد أي خطوات تفاعل أخرى ، بينما ينتج نفايات ضارة تحتاج إلى التخلص الدقيق والمكلف.

كيف حدث ذلك

تم وضع حل لهذه المشكلة من قبل باري شاربلس في مطلع الألفية. لقد صاغ مصطلح “انقر فوق الكيمياء”. إنه مفهوم يتم فيه ربط الجزيئات ببساطة وسرعة وموثوقية وبشكل متكرر معًا بنفس الطريقة التي يتم بها ربط حزام الأمان بإبزيمه. كانت الفكرة هي المكافئ الكيميائي لخزانة الملابس المسطحة ، بينما كان الجميع يصنع الأثاث من الصفر.

كما نصت Sharpless على أن تفاعلات النقر يجب أن تتم في الماء ، بدلاً من المذيبات الضارة التي يشيع استخدامها من قبل الكيميائيين التخليقيين لإذابة المواد المتفاعلة الخاصة بهم. كان هذا مفهومًا رائعًا لأنه سيسمح بإنشاء جزيء سريع وموثوق وصديق للبيئة للمنتجات الجديدة.

لكن التحدي كان صنع الأحزمة والأبازيم الكيميائية. ابتكر مورتن ميلدال أول مثال على كيمياء النقر في عام 2008 أثناء العمل على تفاعل مدروس جيدًا بين مادتين كيميائيتين ؛ الأزيدات والألكينات. غالبًا ما تستخدم هذه المواد لربط المواد الكيميائية معًا ، ولكنها عادةً ما تنتج فوضى طينية من المتفاعلات. ولكن عندما تمت إضافة النحاس إلى المزيج ، نتج عن التفاعل منتج واحد مستقر بشكل لا يصدق.

أصبح التفاعل شائعًا للغاية لأنه سمح للكيميائيين بتغيير وظائف مادة كيميائية أو مادة بسرعة. يمكن أن يكون هناك مشبك كيميائي متصل بالألياف أثناء التصنيع ويمكن إضافة وظائف إضافية لاحقًا. جعل التفاعل من السهل النقر فوق مضادات البكتيريا أو مركبات الحماية من الأشعة فوق البنفسجية أو المواد التي توصل الكهرباء.

في عام 2004 ، اتخذت كارولين بيرتوزي انقر فوق الكيمياء خطوة إلى الأمام من خلال تطبيق المبدأ على مشكلة بيولوجية. من الأساليب الشائعة لدراسة سلوك الجزيئات في الخلية إرفاق ملصق متوهج متوهج يمكن رؤيته بوضوح تحت المجهر. ومع ذلك ، فإن توصيل الملصق بالجزء الصحيح تمامًا من الخلية أمر صعب.

أدرك بيرتوزي أن كيمياء النقر تقدم حلاً. لسوء الحظ ، يعتبر النحاس ، المستخدم في طريقة Meldal الأصلية للكيمياء ، سامًا للكائنات الحية ، لذا لا يمكن تطبيقه بشكل مباشر على مشكلة Bertozzi. وبدلاً من ذلك ، توصلت إلى تقنية تعمل بدون النحاس. لقد ربطت “مشبك” أزيد بجزيء سكر. يتم امتصاص هذا في الخلية ، ودمجها ، وعرضها على سطح الخلية. ثم تتم إضافة مادة قلوية معدلة (مقطع) متصلة بجزيء أخضر مفلور إلى الخلية حيث تنقر على سكر أزيد. ثم يمكن تعقب الخلية بسهولة تحت المجهر.

أدت تقنية بيرتوزي إلى إلقاء نظرة ثاقبة على كيفية تهرب الخلايا السرطانية من أنظمتنا المناعية وساعدت في تطوير طرق لتتبع الخلايا السرطانية. وقد ساعد أيضًا في توجيه العلاجات الإشعاعية للخلايا السرطانية مباشرةً ، مما يقلل الضرر الذي يلحق بالخلايا السليمة القريبة.

انقر كيمياء أنيقة وفعالة. لقد سمح بربط المواد الكيميائية معًا بسلاسة تقريبًا مثل النقر معًا على كتلتين من Lego. شهدت بساطته انتشار استخداماته بسرعة في مجال الكيمياء مع تطبيقات في المستحضرات الصيدلانية وتسلسل الحمض النووي والمواد ذات الوظائف الإضافية (مثل المغناطيسية والكهربائية). ليس هناك شك في أن تطبيقات هذه التقنية ستتوسع وسيتم تطبيقها على أكثر القضايا إلحاحًا في العالم.