⚗️PREMIO NOBEL PER LA CHIMICA 2022🧪

Come ogni anno, la prima settimana di Ottobre è un momento molto concitato per la scienza. La chimica festeggia il premio Nobel del 2022 che va a Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal, K. Barry Sharpless.

L’Accademia di Svezia ha motivato l’assegnazione “per lo sviluppo della click chemistry e della chimica bioortogonale”.

Al di là dei nomi difficili vediamo chi sono i vincitori di questo importantissimo premio e perché sono così importanti per lo sviluppo di un nuovo modo di fare chimica.

Carolyn Ruth Bertozzi è una chimica statunitense, nata nel 1966 a Boston. Ha studiato ad Harvard ed ha svolto con successo il dottorato a Berkley. La sua ricerca era incentrata sulla sintesi chimica di una specifica categoria di zuccheri complessi composti da lunghe catene (degli analoghi agli oligosaccaridi).

Nel 1996 entra a far parte della UC della facoltà di Berkley, nel 2000 è ricercatrice per l’Howard Hughes Medical Institute e infine nel 2015 approda all’Università di Standford. Dal 2014 è anche capo della rivista scientifica ACS Central Science dell’American Chemical Society.
Nella sua carriera ha ricevuto numerosissimi riconoscimenti tra cui, sempre nel 2022, il Premio Wolf per la chimica. Oggi è Premio Nobel per lo sviluppo della chimica bioortogonale.

Morten Meldal è un chimico danese, nato nel 1954. Dopo gli studi presso l’Università Tecnica della Danimarca (DTU), completa il dottorato di ricerca in Ingegneria Chimica. Anche lui come Carolyn Ruth Bertozzi si occupa della sintesi degli oligosaccaridi, dopodiché negli anni ’80 studia a Cambridge e dal

1996 è diventato Professore presso la DTU. Dal 1997 è capo di un centro di ricerca: il Centro di Chimica Organica in Fase Solida e Reazione Enzimatica (SPOCC). Anche il suo è un curriculum pieno di riconoscimenti nell’ambito della ricerca che arrivano oggi a uno dei punti più alti: il Nobel per lo sviluppo di una cosiddetta “click reaction” fondamentale per la costruzione di nuove molecole.

Ultimo ma non ultimo è il chimico statunitense K. Barry Sharpless, nato a Philadelphia nel 1941. Diciamo che ormai il chimico conosce molto bene la strada per l’Accademia di Svezia, dato che è già al suo secondo premio Nobel! Si avete letto bene il secondo!

È la quinta persona ad aver vinto due premi Nobel, e la seconda ad aver vinto due premi per la chimica”.

K. Barry Sharpless ha studiato prima al Dartmouth College e poi consegue il dottorato presso la Standford University, arrivando a concludere un post-dottorato nell’Università di Harvard. Ha una laurea ad honorem anche da parte dell’Università della Tecnica di Monaco e il suo primo Nobel lo conquista nel 2001 per i suoi studi sulle “reazioni di ossidazione attivate da catalisi chirale”.

Il secondo ambito premio arriva per aver pensato e dato vita per la prima volta al concetto di “click chemistry” rivoluzionando l’intero panorama della chimica.

LA CHIMICA A SCATTO

Ma entriamo in dettaglio e capiamo perché questi studi aprono nuove frontiere per la chimica.

I chimici nella storia della scienza e della ricerca hanno sempre desiderato di costruire molecole sempre più complesse. In campo farmaceutico questo si traduce, ad esempio, con la ricreazione artificiale di molecole naturali con proprietà medicinali. Ovviamente il problema è che queste molecole richiedono tempo per sintetizzarle e sono molto costose da produrre.

E da qui il concetto di “click chemistry”, che letteralmente significa “chimica a scatto”.

“Il filo conduttore che lega le ricerche dei tre premiati è proprio la click-chemistry sviluppata da Meldal e Sharpless all’inizio degli anni 2000 e che consente di realizzare in modo semplice e veloce, nonché economico ed ecosostenibile, nuove reazioni chimiche che hanno trovato rapido impiego nella produzione di nuovi materiali e farmaci”, afferma in una nota Lidia Armelao, direttore del Dipartimento scienze chimiche e tecnologie dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Dsctm).

Morten Meldal scopre proprio una delle reazioni che fanno parte del grande gruppo della chimica a scatto. Si tratta di una reazione in cui si aggancia un azoturo (composto da azoto e un metallo o un gruppo organico) a un alchino (ovvero un composto organico costituito solo da carbonio e idrogeno), ma per farli reagire in modo estremamente efficace si utilizza anche il rame, che fa da catalizzatore (ovvero velocizza il processo). In questo modo si ottiene un composto chiamato triazolo, estremamente stabile nei suoi legami.

Azides and alkynes react very efficiently when copper ions
are added. This reaction is now used globally to link
molecules together in a simple manner.
©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Il problema di questa reazione sta nel fatto che non può essere utilizzata per le cellule dei viventi: il rame rende la reazione tossica. E qui entra in campo la dottoressa Bertozzi, con la sua chimica biortogonale, un’applicazione della click-chemistry senza il problema della tossicità.

“Bertozzi ha successivamente applicato la click-chemistry allo studio delle cellule fondando la cosiddetta chimica biortogonale che consente di modificare chimicamente mirate molecole coinvolte nei processi cellulari – spiega Armealo – Ciò permette di studiare i meccanismi cellulari in tempo reale, ma senza interferire col loro funzionamento aprendo la strada ad una loro migliore comprensione, fondamentale per studiare svariate tipologie di malattie (dai tumori ai virus) e quindi per lo sviluppo di nuove cure”.

Per mappare biomolecole importanti, ma sfuggenti sulla superficie delle cellule – i glicani – ha sviluppato reazioni di clic che funzionano all’interno degli organismi viventi. Le sue reazioni bioortogonali avvengono senza interrompere la normale chimica della cellula.

Queste reazioni sono ora utilizzate a livello globale per esplorare le cellule e tracciare i processi biologici. Utilizzando reazioni bioortogonali, i ricercatori hanno migliorato il targeting dei farmaci antitumorali, che ora sono testati in studi clinici.

Bioorthogonal chemistry illuminates the cell
©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Grazie alle tecniche messe a punto da Barry Sharpless, Morten Meldal e Carolyn Bertozzi, le reazioni chimiche sono diventate più facili ed efficienti: come mattoncini Lego, i blocchetti di molecole si agganciano gli uni agli altri con un click.

La scoperta di questi meccanismi è di grandissimo interesse per l’uomo, i campi di interesse potrebbero essere vari, dall’ ambito medico (diagnostici e terapeutici) a quelli in ambito farmaceutico o di creazione di nuovi materiali. In particolare la click-chemistry potrebbe avere dei risvolti significativi per lo sviluppo di farmaci, per il sequenziamento del DNA e per lo sviluppo di nuovi materiali. Mentre le reazioni bioortogonali potrebbero trovare terreno fertile per lo studio e la comprensione delle interazioni tra le molecole o anche per lo studio dei processi messi in atto da specifiche patologie.

Questo è un ottimo esempio di come la scienza può sempre migliorare, diventando sempre più efficiente, ma rispettando la sostenibilità ambientale.

DOTT. Francesco Domenico Nucera