ノーベル化学賞は、実験室での反応を簡素化した3人の科学者に贈られました。

審査員によると、2022年のノーベル化学賞は「困難なプロセスを容易にすること」が目的だ。本日、2022年の賞は、バイオオルソゴナル化学の研究でキャロリン・R・ベルトッツィ、クリックケミストリーの基礎を築いたK・バリー・シャープレスとモーテン・メルダールの3人の化学者に授与された。

「今年の化学賞は、物事を複雑にしすぎず、簡単で単純なものに取り組むことに焦点を当てています。単純な方法でも機能分子を作ることができます」とノーベル化学委員会のヨハン・オクヴィスト委員長はプレスリリースで述べた。

カリフォルニア州ラホヤのスクリプス研究所教授であるシャープレス氏にとって、これは2度目の化学賞受賞となる。同氏は、電子が失われる酸化反応によって消費されない触媒の利用に関する研究で2001年にノーベル化学賞を受賞した。この研究は、さまざまな種類の医薬品の製造に役立った。

約 22 年前、彼は「クリックケミストリー」というアイデアを生み出したとされています。これは、反応が迅速に起こり、望ましくない副産物が発生しない、信頼性が高くシンプルな化学の一形態です。彼は、化学に対する新しい最小限のアプローチを主張し、習得が難しく、製造に費用がかかる天然分子の模倣を化学者がやめるべきであると主張しました。

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シャープレス氏によると、化学者がこうしたより単純な反応を開発する上での障害の 1 つは、炭素原子間の結合でした。炭素はあらゆる生物に存在するため、これらの結合は生命の化学にとって重要です。一般的に、すべての生体分子は、生物が生成する方法を進化させてきた結合した炭素原子のフレームワークを持っています。しかし、異なる分子の炭素原子は、互いに結合を形成する化学的駆動力が不足していることが多く、人工的に活性化する必要があるため、研究室で生成することは困難でした。それらをハッキングするプロセスでは、活性化によって多くの望ましくない副反応が発生し、材料の損失につながり、コストがかかります。

シャープレスが 2000 年代初頭にクリック化学に取り組んでいたのとちょうど同じ頃、コペンハーゲン大学のモーテン・メルダルとシャープレスは、クリック化学の最高傑作とされる銅触媒アジド-アルキン環化付加反応を別々に発表しました。この化学反応は「エレガントで効率的」であるとノーベル委員会は述べ、現在では医薬品の開発や DNA マッピングなどに利用されています。

メルダルはもともと、研究室で新しい薬や治療法を発見する方法を開発していました。彼は膨大な分子ライブラリを構築し、それらすべてをスクリーニングして、病原体を阻止できるものがあるかどうかを調べました。これらの実験を通じて、彼は銅イオンが反応を制御して 1 つの生成物だけを形成することを発見し、銅触媒によるアジド-アルキン付加環化反応を発見しました。彼はこの発見を、この反応が多数の異なる分子を結合させる例として発表しました。彼の研究結果は現在、DNA のマッピングと新薬の開発に役立てられています。

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その後数十年にわたり、スタンフォード大学のベルトッツィはクリックケミストリーの概念を次のレベルに引き上げました。彼女は、生物の内部で機能するクリック反応を開発し、細胞の表面に存在するグリカンと呼ばれる重要だが捉えにくい生体分子をより正確にマッピングしました。これらの生体直交反応は、体内の通常の化学反応を乱すことなく発生します。彼女が開発した反応は現在、世界中で細胞の調査や生物学的プロセスの追跡に使用されています。これは、現在臨床試験が行われている、より標的を絞った癌治療の開発に役立っています。

ベルトッツィは 1990 年代初頭に免疫細胞をリンパ節に引き寄せるグリカンのマッピングを開始しましたが、生体分子を識別して理解するための効率的なツールがなかったため、生体分子の機能を理解するのに 4 年かかりました。セミナーを聞いた後、彼女は、同様の方法を使用して、細胞にグリカンを形成する糖の 1 つであるシアリン酸の非天然変異体を生成させ、それに蛍光分子を結合させた化学ハンドルを作成できるのではないかと考えました。彼女は、この化学ハンドルがグリカンのマッピングに役立つ可能性があると理論づけました。数十年にわたる研究を通じて、ベルトッツィは、ハンドルと蛍光分子の反応が細胞の自然な生化学を変えることはできないと説明しました。彼女は、生体システム内で発生し、本来のプロセスを妨げない化学反応を「バイオオルソゴナル」という用語で正式に定義しました。彼女はそれ以来、このプロセスと、メルダルとシャープレスが開発したクリックケミストリープロセスを使用して、疾患と細胞内の生体分子の相互作用を研究してきました。

「クリックケミストリーとバイオオルソゴナル反応は化学を機能主義の時代へと導いた。これは人類に最大の利益をもたらす」と委員会はプレスリリースで述べた。