De får kemin att klicka

Nya material och cancermediciner blir verklighet med kemipristagarnas klickkemi.

Publicerad

Barry Sharpless, Carolyn Bertozzi och Morten Meldal delar på årets Nobelpris i kemi med motiveringen ”för utveckling av klickkemi och bioortogonal kemi”.
Bild: Johan Jarnestad / Kungl. vetenskapsakademien

Ett stort ögonblick för dansk veten­skap. Så betecknar Morten Meldal, professor vid Köpenhamns universitet, det första danska Nobel­priset på 25 år. Tillsammans med de amerikanska forskarna Carolyn Bertozzi och Barry Sharpless tar han emot årets kemi­pris för utvecklingen av klickkemi, ett enklare, snabbare och mer effektivt sätt att bygga konstgjorda molekyler.

– Jag hoppas att jag kan bidra till att öka intresset för kemi bland unga, för det behövs verkligen kemister om vi ska kunna möta alla de utmaningar som världen står inför, säger Morten Meldal till Forskning & Framsteg.

Att skapa nya molekyler är ofta både svårt och mödosamt med oönskade biprodukter. Pristagarna har gjort arbetet betydligt enklare. Genom att fästa kemiska handtag på molekyler kan de kopplas ihop med ett klick. Reaktionen är både stabil och säker, och när delarna väl klickat är de svåra att ta isär.

– Som ett lego med lim, säger professor Olof Ramström, ledamot i Nobelkommittén för kemi.

Begreppet klickkemi myntades av Barry Sharpless i en artikel som publicerades 2001. Samma år fick han Nobel­priset i kemi för en ny typ av katalys. Ungefär samtidigt utvecklade han och Morten Meldal oberoende av varandra, den klickreaktion som blivit närmast synonym med klickkemin.

Men för Morten Meldal började vägen till Nobelpriset med ett misslyckande. Hans dåvarande doktorand Christian Thornö kom en dag in på kontoret och sa att han nog var tvungen att ge upp sitt projekt. Han fick helt enkelt inte experimentet att fungera.

– Men när vi tittade närmare på resultaten insåg vi att det skett något mycket intressant, säger Morten Meldal.

I reaktionskärlet hade en azid reagerat med en alkyn och bildat en triazol, en eftertraktad och mycket användbar struktur i kemisammanhang men som var svår att tillverka. Här skedde reaktionen både effektivt och pricksäkert. Hemligheten visade sig vara de koppar­joner som tillsatts för att skynda på den ursprungliga reaktionen, alltså den som inte fungerade.

Resultaten publicerades 2002 och Morten Meldal och hans studenter kunde visa att den nyupptäckta reaktionen kunde användas för att koppla ihop två molekyler genom att fästa aziden som ett handtag på den ena och alkynen på den andra. Sedan var det bara att tillsätta lite koppar och de båda delarna klickade ihop.

Carolyn Bertozzi, 56 år, Stanford university, USA. Hon spelade keyboard i bandet ”Bored of Education” under universitetsåren. Bandet leddes av den då 20-åriga studenten Tom Morello som senare startade den världsberömda gruppen Rage Against the Machine. Hon har tre söner tillsammans med sin fru.
Morten Meldal, 68 år, Köpenhamns universitet, Danmark. Musik är Morten Meldals stora intresse vid sidan av forskningen. Han sjunger i kör, spelar i ett band och bygger egna elgitarrer.
Barry Sharpless, 81 år, Scripps Research, USA. Tillhör den exklusiva skara om totalt fem personer som fått två Nobelpris och bara han och Frederick Sanger har tagit emot två kemipris. Det första fick Barry Sharpless 2001 för ”katalytisk asymmetrisk syntes”.
Bild: Niklas Elmehed / Nobel Prize outreach

Klickkemin fick snabbt stort genom­slag både på forskningslabb och i industrin. En fördel är att metoden är generell. Det går att koppla nästan vad som helst till handtagen.  Den används till exempel vid läkemedelsutveckling och för att ge material speciella egenskaper. Om en azid förs in i materialet går det sedan att klicka fast ämnen som är elektriskt ledande, fångar solljus, är antibakteriella eller skyddar mot uv-strålning.

– Det är extremt användbart så det är inte speciellt överraskande att de får priset, säger Morten Grøtli, professor i läkemedelskemi vid Göteborgs universitet, som även arbetade i Morten Meldals labb under tiden då upptäckten gjordes.

Morten Grøtli berättar att han och hans medarbetare ofta använder klickkemi som ett redskap i labbet.

– Det är robust och enkelt. Det finns färdiga kit att köpa med stegvisa instruktioner, ungefär som en kokbok, säger han.

En annan stor fördel är att klicken kan ske i stökig kemisk miljö. Hand­tagen söker sig till varandra likt ett förälskat par och struntar i allt som flyter runt i omgivningen.

– Det är också en hållbar kemi som kan ske i vatten, säger Morten Meldal.

Bild: Johan Jarnestad

Så lyser bioortogonal kemi upp cellen

Men en begräsning med den ur­sprung­liga reaktionen är att den bygger på en tillsats av koppar som är giftig för levande celler. Här kommer Carolyn Bertozzis arbete in i bilden. Hon har utvecklat ett slags klickkemi som kan användas i levande organismer. Hon kallar denna typ av reaktioner bioortogonala, vilket betyder att de sker utan att störa cellens funktion.

Alkyner och azider reagerar mycket effektivt med varandra om man till­sätter kopparjoner. Reaktionen används numera över hela världen för att på ett enkelt vis koppla ihop molekyler.
Bild: Johan Jarnestad / Kungl. vetenskapsakademien

Carolyn Bertozzis metoder har snabbt anammats av forskare över hela världen för att kartlägga hur celler fungerar, genom att till exempel klicka fast ett fluorescerande ämne på de molekyler som ska studeras. Den bioortogonala kemin kan också användas för att diagnosticera och behandla sjukdomar som cancer. Carolyn Bertozzi är själv engagerad i flera företag, bland annat i ett som testar en ny cancer­behandling som bygger på bioortogonal kemi i människa.

Via länk när kemipriset presentera­des berättar hon att den bioortogonala kemin fortfarande befinner sig i ett tidigt skede och att det finns många nya reaktioner som ännu inte har upptäckts.

– Den har redan fått stor påverkan inom bioteknik och läkemedelsutveckling och jag tror att betydelsen kommer att öka när det gäller att få fram nya sätt att diagnosticera och behandla sjuk­domar, säger hon.

Även Morten Meldal menar att vi bara är i början av utvecklingen av klickkemin och att Nobelpriset kommer att ge området ett ökat fokus.

F&F Evenemang:

En kväll om livet efter digitaliseringen

En tankeväckande och lärorik kväll med teknikhistorikern Nina Wormbs, sociologen Malin Åkerström, filosofen Hans Ruin och litteraturvetaren Jesper Olsson. 25 januari på Playhouse Teater i Stockholm.

Läs mer och boka

– Om några år tror jag att vi kommer att ha en verktygslåda med hundratals klickreaktioner.

Och nya kemiska verktyg behövs, inte minst för att utveckla alla de nya material som behövs för att möta klimat­hotet.

– Vi behöver vindkraftverk som kan återvinnas, smartare uppvärmning och transporter, bilar med inbyggda solceller. Det finns en oändlig rad utmaningar.

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

10 nummer om året och dagliga nyheter på webben med vetenskapligt grundad kunskap.

Beställ idag
Publicerad

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor