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Moleküle bauen mit einem Klick

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Von: Pamela Dörhöfer

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Das Nobelkomitee für Chemie bei der Bekanntgabe. Ausgezeichnet werden (oben, von links): Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal und K.Barry Sharpless. Christine Olsson/TT News Agency/dpa
Das Nobelkomitee für Chemie bei der Bekanntgabe. Ausgezeichnet werden (oben, von links): Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal und K.Barry Sharpless. Christine Olsson/TT News Agency/dpa © Christine Olsson/TT News Agency/dpa

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr n K.Barry Sharpless, Morten Meldal und Carolyn R. Bertozzi für die Entwicklungen vielseitiger „Werkzeuge“

Es klingt bestechend einfach: Man konstruiert ein Molekül, indem man zwei Bausteine gezielt zusammenschnappen lässt – so lässt sich mit einem „Klick“ eine Substanz für ein neues Medikament oder auch ein Inhaltsstoff für ein bestimmtes Material herstellen. „Klick-Chemie“ ist der anschauliche Begriff für diese Vorgehensweise, die in den letzten Jahren zu einem vielseitig eingesetzten Werkzeug geworden ist und breite Anwendung in der Forschung, insbesondere in der Medizin und der Pharmazie, aber auch in der Industrie findet.

Drei, die dieses noch relativ junge Konzept des Designens von Biomolekülen auf den Weg gebracht und weiterentwickelt haben, werden in diesem Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet: Zu gleichen Teilen geht die mit insgesamt rund 920 000 Euro dotierte Auszeichnung an die US-Amerikanerin Carolyn R. Bertozzi von der Stanford University, den Dänen Morten Meldal von der Universität Kopenhagen und den US-Amerikaner K. Barry Sharpless von Scripps Research, La Jolla, Kalifornien. Das gab die Königlich-Schwedisch Akademie der Wissenschaften am Mittwoch in Stockholm bekannt. „Der diesjährige Preis für Chemie befasst sich nicht damit, die Dinge zu verkomplizieren, sondern mit dem zu arbeiten, was einfach ist. Funktionelle Moleküle können auch auf einem einfachen Weg aufgebaut werden“, sagte Johan Äqvist zur Entscheidung des Nobelkomitees für Chemie, dessen Vorsitzender er ist. Die Entwicklungen von Sharpless, Bertozzi und Meldal hätten „die Chemie in die Ära des Funktionalismus geführt“, schreibt das Nobelkomitee. Dies bringe „der Menschheit den größten Nutzen“.

Die Klick-Chemie bietet über das gesteuerte Hervorrufen von Reaktionen die Möglichkeit, aus kleinen Einheiten zielgerichtet und schnell funktionelle Biomoleküle zu bauen – ähnlich, wie die Natur es macht. Die Basis stellen dabei Kohlenstoff-Gerüste dar. Die Ausbeute bei der Klick-Chemie soll hoch sein, ohne unerwünschte Nebenprodukte und störende Interaktionen mit anderen Molekülen. Zwar konnte man bereits vor Erfindung dieses Prinzips im Labor Biomoleküle zum Beispiel für Arzneimittel herstellen. Allerdings sind beim konventionellen Vorgehen mehr Reaktionen notwendig, was viel Zeit und Geld kosten kann.

Als Erfinder der Klick-Chemie gilt F. Barry Sharpless (81), der nach 2001 nun bereits seinen zweiten Nobelpreis für Chemie erhält. Er „brachte den Ball ins Rollen“ und habe „das Konzept der Klick-Chemie geprägt“, schreibt das Nobelkomitee. Bereits ein Jahr später präsentierten Sharpless und – parallel, aber unabhängig – Morten Meldal (68) die „Kupferkatalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition“ – das „Kronjuwel der Klick-Chemie“, wie es Olof Ramstrom, Mitglied des Nobelkomitees für Chemie, nannte.

Hinter dem Begriff verbirgt sich eine chemische Reaktion, die heute weltweit in verschiedensten Bereichen eingesetzt wird – unter anderem bei der Entwicklung von Arzneimitteln, bei der DNA-Kartierung und zur Herstellung von Materialien.

Carolyn R. Bertozzi (58) schließlich habe die Klick-Chemie „auf ein neues Level gehoben“, erklärt das Nobelkomitee. Die Biochemikerin beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Funktion von Glykanen – Zuckerresten – auf der Oberfläche von Zellen. Diese spielen eine wichtige Rolle beim Stoffwechsel von Zellen und bei deren Kommunikation untereinander. Um diese Vorgänge in lebenden Zellen beobachten zu können, entwickelte Carolyn Bertozzi Klick-Reaktionen, sogenannte bioorthogonale Reaktionen, die auch in lebenden Organismen funktionieren, ohne die normale Biochemie der Zellen zu stören.

Bertozzis Ziel ist es vor allem zu verstehen, welche Aufgaben Glykane in biologischen Prozessen haben und wie sich ihre Muster durch Alterung oder Krankheiten verändern. Bisher gab es kein Verfahren, mit dem sich diese Moleküle gezielt beobachten ließen, schreibt die Leopoldina, Nationale Akademie der Wissenschaften, deren Mitglied Carolyn Bertozzi ist.

Mit der von ihr entwickelten bioorthogonalen Chemie sei das nun möglich. „Damit können Krankheiten wie Krebs auf völlig neue Art und Weise untersucht werden“, erklärt Leopoldina-Präsident Gerald Haug. Die Hoffnung besteht darin, auf dieser Basis Methoden zur Früherkennung und Therapien von Tumoren, aber auch von Infektions- und Autoimmunerkrankungen zu entwickeln.

Mit Hilfe der von Bertozzi entwickelten Methode konnten Forschende bereits besonders zielgenaue Krebsmedikamente entwickeln, die nun in klinischen Studien getestet werden sollen. Dazu gehört ein spezifischer Antikörper, der Tumorzellen zunächst aufspürt und dann per Klick-Reaktion mit einem Molekül verbunden wird, um die Krebszellen zu zerstören.

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