Carolyn Bertozzi、Morten Meldal、K. Barry Sharpless は、クリックケミストリーとバイオ直交化学の開発により、2022 年のノーベル化学賞を受賞しました。クリックケミストリーは、化学者が望む分子を作成するために利用できるオプションに革命をもたらしました。生体直交化学により、生きた細胞内で起こっている化学プロセスを、それらを傷つけることなく監視することが可能になりました.
ノーベル化学委員会のヨハン・オークヴィスト委員長は発表の中で、「分子をつなぎ合わせることがすべてだ」と述べた。想像してみてください、彼は聴衆に、小さな化学バックルをさまざまな種類の分子構成ブロックの束に取り付け、これらのバックルを結合して複雑な分子を生成できると想像してください.約 20 年前にスクリプス研究所のバリー シャープレスが提唱したこのアイデアは、後に彼とコペンハーゲン大学のモーテン メルダルが独自に最初の完璧な候補者を見つけたときに現実のものとなりました。バックルは簡単にパチンとはまり、リンクしてはいけないものにリンクすることはありません。
その後、2003 年に Carolyn Bertozzi は、生体システムの研究にクリックケミストリーを使用して、重要な細胞プロセスを干渉することなく観察しやすくすることを提案しました。 Bertozzi は、彼女と彼女の同僚がその年に発表した論文で、この「生物直交」化学を呼びました。それ以来、この用語はこの分野で広く採用されている用語です。
自然の生物学的反応を妨げることなく生体系で複雑な反応を実行する能力により、実験室の皿ではなく、細胞やゼブラフィッシュなどの複雑な生物の内部で分子や細胞プロセスを研究することが可能になりました.これはすでに、科学者がグリコシル化と呼ばれる重要なタンパク質処理反応を理解するのに役立ち、生体の病気を検出できる分子イメージング分子の開発を助け、体内の特定の組織に選択的に薬物を送達する可能性を切り開いています.
これらの発見は、「化学者が分子を結合する方法と生きた細胞でそれを行う方法について考える方法に革命をもたらしました」とÅqvistは言いました.
本日の発表は、Sharpless がノーベル化学賞を受賞するのは 2 回目です。 2001 年には、触媒による不斉合成の開発により、William Knowles および野依良治と賞を共有しました。
クリックケミストリーとは?
シャープレスは 1990 年代の大半を、複雑な分子を合成するためのより簡単な方法を見つける必要性を検討することに費やしました。彼の考えは 2001 年の論文で最高潮に達し、彼と彼の共著者は「クリック ケミストリー」という用語を提案して、効率的、特異的、迅速な方法で分子ビルディング ブロックを結び付けるあらゆる反応を指すようにしました。この論文が発表された直後、Meldal と Sharpless は独立して、最初のクリックケミストリー反応を発見しました。これは、銅触媒によるアジド - アルキン付加環化反応と呼ばれる非常に有用なものです。
反応の片側には、3 つの窒素原子が一列に並んだ分子であるアジドがあります。反対側はアルキンで、2 つの炭素原子が三重項結合で結合した分子です。これら 2 つの構成要素は、単独ではあまり反応しません。混合すると、反応が遅くなり、生成物の混合物が生成されます。しかし、Meldal と Sharpless は別々に、混合物に少量の銅を加えると、反応が劇的に加速し、主にトリアゾールとして知られる安定した生成物につながることに気付きました。
分子にアジドとアルキンの「タグ」を戦略的に追加することにより、化学者はこの銅触媒反応を利用して、それらを特定の構造を持つより大きな分子に正確にリンクできます。
ノーベル委員会のオロフ・ラムストローム氏は発表の際、銅触媒反応はすぐに化学および関連分野で「大きな関心」を集めたと述べた。他のクリックケミストリー反応も発見されていますが、「この特定の反応はクリックケミストリーの概念とほぼ同義になり、しばしばクリック反応とも呼ばれます」と Ramström 氏は述べています。 「今でもクリック反応の最高峰と言えます。」
生体直交化学とは?
2003 年、Bertozzi は、生物系内で干渉したり害したりすることなく発生する可能性のあるあらゆる種類の化学反応に対して、「生物直交化学」という用語を作り出しました。生物に適用できるクリックケミストリーです。
このアイデアの種は、1990 年代にベルトッツィが特定のグリカン、つまり細胞の表面にある複雑な糖の研究を始めたときに芽生えました。この糖鎖の研究は、当時の化学技術では容易ではありませんでした。しかし、別の科学者が細胞を誘導して不自然な糖分子を生成する方法についてのセミナーを行ったのを聞いた後、ベルトッツィは、細胞上のグリカンをマッピングするために同様のことができないかどうかを考えるようになりました.それが、生体直交化学に関する彼女の研究が始まったときです。
生物直交化学は生物系の研究にどのように使用されていますか?
Bertozzi は、細胞上のグリカンを追跡する簡単な方法を思いつきました。最初に、彼女はアジドに結合した修飾糖の近くで細胞を増殖させました。細胞は修飾された糖を取り込み、表面のグリカンに組み込みました。次にベルトッツィは、蛍光分子が結合したアルキンを混合物に加えた。アルキンは修飾された糖とクリック反応を起こし、それに蛍光分子を結合させました。その単純な反応で、グリカンは緑色に光り、ベルトッツィは顕微鏡下で細胞膜を横切るグリカンの動きを追跡することができました.
現在、スタンフォード大学のベルトッツィ教授は、腫瘍細胞の表面にある糖鎖を追跡しています。この研究により、特定のグリカンが体の免疫系から腫瘍細胞を保護することを発見することができました。彼女の発見は、がん免疫療法への道を切り開き、多くの研究者がさまざまな種類の腫瘍を標的とする「クリック可能な」抗体の発見に取り組んでいます。 Bertozzi と彼女のチームは、この問題にも取り組んでいます。彼らは、腫瘍細胞の表面にあるグリカンを標的にして破壊する新薬を作成し、現在臨床試験中です.
クリックケミストリーとバイオ直交化学の他のアプリケーションは何ですか?
細胞内および細胞間の分子の動きを追跡することは、クリックケミストリーおよび生体直交化学の多くのアプリケーションの 1 つにすぎません。
この技術の主な利点は、反応混合物に不要な副産物が導入されないことです。科学者がさまざまな目的のために複雑な分子を慎重に作成できるように、クリーンな効率で機能します。
クリックケミストリーは、医薬品開発、DNA シーケンシング、「スマート」材料の合成、および化学者がビルディングブロックのペアを単純に接続する必要がある他のほとんどすべてのアプリケーションで大きな進歩を遂げたと Ramström 氏は述べています。研究者は、たとえば、電気を伝導したり太陽光を捉えたりできる化学拡張をクリックすることで、さまざまな材料に機能を簡単に追加できるようになりました。
生体直交反応は、細胞内の重要なプロセスを調査するために広く使用されており、これらのアプリケーションは、生物学および生化学の分野に多大な影響を与えてきました。研究者は、生体分子が細胞内でどのように相互作用するかを調べることができ、生細胞を乱すことなく画像化できます。病気の研究では、生物直交反応は患者の細胞だけでなく病原体の細胞の研究にも役立ちます。細菌のタンパク質を標識して、体内での動きを追跡することができます。研究者はまた、腫瘍標的をクリックしてがんを殺す治療法をより正確に提供できるように改変された抗体の開発も開始しています。
「これらの非常に重要な成果と 3 人の受賞者による本当に素晴らしい発見は、化学と科学全般に大きな影響を与えました」と Ramström 氏は述べています。 「そのために、それは本当に人類の最大の利益になりました。」
近年ノーベル化学賞を受賞したのは?
昨年、ベンジャミン リストとデビッド マクミランは、不斉有機触媒の開発で賞を受賞しました。 2020 年、Emmanuelle Charpentier と Jennifer Doudna は、CRISPR/Cas9 遺伝子編集の開発が認められました。ジョン・グッドイナフ、M. スタンリー・ウィッティンガム、吉野彰は、「モバイル時代の隠れた主力製品」であるリチウムイオン電池の開発で 2019 年の賞を共有しました。 2018 年の賞は、フランシス H. アーノルド、ジョージ P. スミス、グレゴリー P. ウィンターに贈られました。進化の力を利用して、医薬品、再生可能エネルギー、工業化学、その他多くの分野で使用される新規で有益な酵素を生成したことが評価されました。そして 2017 年には、Jacques Dubochet、Joachim Frank、Richard Henderson が生物学的イメージングの状態を改善したとして賞を分け合いました。
