5 жовтня 2022 року Шведська королівська академія наук оголосила імена лауреатів Нобелівської премії з хімії. Ними стали американський хімік Карл Баррі Шарплесс з Інституту Скріппса (Каліфорнія), професор хімії Копенгагенського університету Мортен Пітер Мелдал та дослідниця зі Стенфордського університету Каролін Рут Бертоцці.
Для Баррі Шарплесса це вже друга Нобелівська премія. Першу він отримав у 2001 році за дослідження в галузі фармацевтичної промисловості, зокрема за відкриття енантіоселективної реакції епоксидування алкенів, яка отримала назву на його честь.
У своїй Нобелівській лекції 2001 року Баррі Шарплесс виклав засадничі принципи нового підходу до хімічного синтезу складних органічних молекул, який отримав назву клік-хімії (click chemistry). Він запропонував отримувати речовини з бажаними властивостями шляхом конструювання їх з окремих фрагментів, подібно до збирання дитячого конструктора. Такі реакції мали бути швидкими, простими, селективними (відбуватися лише між визначеними активними групами), відбуватися у водному середовищі, не забруднюючи його, а продукт реакції — стабільним та реакційно інертним.
Шарплесс із колегами передбачали, що найперспективнішим кандидатом для «зшивання» молекул буде гетероатомна функціональна група. Пошуки привели їх до реакцій азидів з алкінами з утворенням п’ятичленних циклів триазолів. Проте, раніше описані реакції отримання триазолів демонстрували вади: повільний процес, складні умови та отримання суміші різних ізомерів.
Водночас, у лабораторії Мортена Мелдала шукали оптимальний шлях введення до складу пептидів пухлинних клітин фармакофорної групи. Фармакофори – це функціональні групи, що мають властивості блокувати чи провокувати реакцію біологічної мішені. Як фармакофор Мелдал з колегами обрали похідні 1,2,3-триазолу і працювали над умовами реакції, за яких ніжна структура пептиду не руйнувалася б.
Незалежно один від одного, Мелдал і Шарплесс з’ясували, що введення незначної кількості іонів одновалентної міді (Cu⁺) прискорює реакцію утворення 1,2,3-триазолу в 10 мільйонів разів за кімнатної температури, забезпечуючи майже 100% вихід одного чистого ізомеру. Реакція практично не залежить від вибору реагентів, розчинника чи кислотності середовища.
Опубліковані Мелдалом і Шарплессом результати спричинили переворот у препаративній хімії. Розроблений метод дозволив синтезувати полімери із заданими характеристиками, стероїди, гормони, білкові структури, специфічні протипухлинні препарати без побічних ефектів. Речовин, створених за допомогою цього методу, з кожним роком стає все більше. Назва «клік-хімія» стала офіційною.
Однак, мідь, ефективний каталізатор у клік-хімії, токсична для живих клітин. Це обмежувало застосування методу in vivo (у живих організмах).
У 2004 році Каролін Бертоцці, вивчаючи взаємодію глікопротеїнів на мембрані пухлинних клітин, звернула увагу на повідомлення про швидкі реакції між аліфатичними азидами і циклічними алкінами. Її група дослідників дійшла до циклооктину. Бертоцці вдалося провести «клік-реакцію» між біотинованим циклооктиновим люмінофором і глікопротеїном, модифікованим азидогрупою. Для цього вона розробила метод, що дозволяє живим клітинам працювати з незвичними речовинами, нівелюючи шкідливий вплив побічних продуктів.
Дослідження Каролін Бертоцці започаткували концепцію біоортогональної хімії. Її головний принцип – можливість проведення селективних біохімічних реакцій безпосередньо у живих організмах, не зачіпаючи природні процеси метаболізму. Біоортогональність дозволяє вибірково реагувати з однією активною групою білкової молекули, захищаючи інші. Це відкриває шлях до синтезу ліків самим організмом хворого.
Член Нобелівського комітету професор Улоф Рамстрьом підсумував: «Дослідження та відкриття Каролін Р. Бертоцці, Мортена Мелдала та К. Баррі Шарплесса значно вплинули на наше суспільство. Завдяки розробці нових концепцій та високоефективних методів лауреати розширили наші можливості та поглибили наші знання. Ці видатні досягнення збільшили наші можливості покращити світ на благо людства».