Gli scienziati usano la "chimica del clic" per osservare le molecole negli organismi viventi / Scientists use 'click chemistry' to watch molecules in living organisms
Gli scienziati usano la "chimica del clic" per osservare le molecole negli organismi viventi / Scientists use 'click chemistry' to watch molecules in living organisms
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
/Un diagramma che mostra il funzionamento della tecnica di imaging cellulare. / A diagram showing how the cell imaging technique works.
Carolyn Bertozzi ed i suoi colleghi hanno elaborato un metodo per rendere la "click-chemistry" rivoluzionaria compatibile con le cellule viventi, aprendo una finestra sugli organismi viventi.
Nel 2007, gli scienziati pubblicarono un articolo che delineava la ricetta per un nuovo tipo di biochimica. Il metodo avrebbe permesso agli scienziati di osservare in tempo reale cosa accadeva negli organismi.
I glicani sono una delle tre principali classi di biomolecole (insieme a proteine e acidi nucleici) e sono stati implicati in infiammazioni e malattie, ma gli scienziati avevano trovato difficile visualizzarli. Per farlo, Bertozzi si è basato su un approccio chimico sviluppato dai biochimici K. Barry Sharpless, di Scripps Research, e Morten Meldal, dell'Università di Copenaghen.
Sharpless aveva delineato la visione della "click chemistry ", un modo per costruire rapidamente molecole biologiche complesse unendo insieme subunità più piccole.
Le molecole biologiche hanno spesso una struttura portante composta da atomi di carbonio legati tra loro, ma gli atomi di carbonio non sono inclini a legarsi. Ciò significava che storicamente i chimici dovevano utilizzare processi laboriosi e articolati, che impiegavano più enzimi e producevano sottoprodotti indesiderati. Questo andava bene per un laboratorio, ma non per la produzione di massa di biomolecole per uso farmaceutico.
Sharpless si rese conto che avrebbero potuto semplificare ed ampliare il processo se fossero riusciti ad unire insieme molecole semplici dotate già di una struttura in carbonio completa. Avevano solo bisogno di un connettore rapido, potente ed affidabile.
Separatamente, Sharpless e Meldal scoprirono il collegamento critico: una reazione chimica tra i composti azide e alchino. Il trucco fu l'aggiunta di rame come catalizzatore.
La reazione è stata estremamente potente e rapida e si è verificata in oltre il 99,9% dei casi, senza produrre alcun sottoprodotto.
Ma per Bertozzi c'era un problema: il rame è altamente tossico per le cellule.
Bertozzi ha quindi setacciato la letteratura scientifica per elaborare una chimica del clic sicura nelle cellule viventi. Ha trovato la risposta in studi vecchi di decenni: azide e alchino avrebbero reagito "in modo esplosivo", senza bisogno di un catalizzatore, se l'alchino fosse stato costretto ad assumere una forma ad anello.
Nel 2004, il suo gruppo ha dimostrato che questa reazione poteva essere utilizzata per legare molecole di azide alle cellule viventi senza danneggiarle. E nel 2007, Bertozzi e colleghi hanno utilizzato il suo metodo per visualizzare i glicani all'interno di cellule di criceto viventi.
Il suo processo prevedeva l'incorporazione di una molecola di carboidrato modificata con azide nei glicani nelle cellule viventi. Quando hanno aggiunto una molecola di alchino a forma di anello legata ad una proteina fluorescente verde, l'azide e l'alchino si sono uniti e la proteina verde brillante ha rivelato la posizione dei glicani nella cellula.
Bertozzi ha soprannominato il processo "bioortogonale" click chemistry, così chiamato perché sarebbe ortogonale ai processi biologici che avvengono nella cellula, ovvero non interferirebbe con essi. Il suo lavoro si è rivelato cruciale per comprendere come le piccole molecole si muovono attraverso le cellule viventi. È stato utilizzato per tracciare i glicani negli embrioni di pesce zebra, per osservare come le cellule tumorali si autoproteggono dagli attacchi immunitari utilizzando le molecole di zucchero e per sviluppare "traccianti" radioattivi per l'imaging biomedico. E, più in generale, la click chemistry ha potenziato il processo di scoperta di nuovi farmaci.
Nel 2022, Sharpless, Meldal e Bertozzi hanno vinto il premio Nobel per la chimica per il loro lavoro sulla chimica del clic .
ENGLISH
Carolyn Bertozzi and colleagues laid out a way to make paradigm-shifting "click-chemistry" compatible with living cells, opening up a window into living organisms.
In 2007, scientists published a paper that laid out a recipe for a new type of biochemistry. The method would allow scientists to see what was happening in organisms in real time.
Glycans are one of the three major classes of biomolecules (alongside proteins and nucleic acids) and had been implicated in inflammation and disease, but scientists had found them challenging to visualize. To do so, Bertozzi built upon a chemical approach pioneered by biochemists K. Barry Sharpless, of Scripps Research, and Morten Meldal, of the University of Copenhagen.
Sharpless had laid out a vision for "click chemistry" — a way to rapidly build complex biological molecules by snapping smaller subunits together.
Biological molecules often have backbones of bonded carbon atoms, but carbon atoms aren't keen to link up. That meant that historically, chemists had to use painstaking, multistep processes that employed multiple enzymes and left unwanted byproducts. That was fine for a lab but bad for mass-producing biomolecules for pharmaceuticals.
Sharpless realized that they could simplify and scale up the process if they could snap together simple molecules that already had a complete carbon frame. They just needed a quick, powerful, reliable connector.
Separately, Sharpless and Meldal happened upon the critical connector: a chemical reaction between the compounds azide and alkyne. The trick was the addition of copper as a catalyst.
The reaction was extremely powerful and quick, and it occurred more than 99.9% of the time, without producing any byproducts.
But for Bertozzi, there was a problem: Copper is highly toxic to cells.
So Bertozzi combed the literature to devise click chemistry that was safe in living cells. She found the answer in decades' old work: Azide and alkyne would react "explosively," without the need for a catalyst, if the alkyne was forced to take on a ring shape.
In 2004, her team demonstrated that this reaction could be used to attach azide molecules to living cells without harming them. And in 2007, Bertozzi and colleagues used her method to visualize glycans within living hamster cells.
Her process involved incorporating a carbohydrate molecule modified with azide into glycans in living cells. When they added a ring-shaped alkyne molecule that was bound to a green fluorescent protein, the azide and alkyne clicked together and the glowing green protein revealed where the glycans were in the cell.
Bertozzi dubbed the process "bioorthogonal" click chemistry — so named because it would be orthogonal to — that is, would not interfere with — the biological processes occurring in the cell. Her work has proved crucial in understanding how small molecules move through living cells. It has been used to track glycans in zebrafish embryos, to see how cancer cells mark themselves safe from immune attack using the sugar molecules, and to develop radioactive "tracers" for biomedical imaging. And click chemistry more broadly has supercharged the process of drug discovery.
In 2022, Sharpless, Meldal and Bertozzi earned the Nobel Prize in chemistry for their work on click chemistry.
Da:
https://www.livescience.com/chemistry/science-history-scientists-use-click-chemistry-to-watch-molecules-in-living-organisms-oct-23-2007?utm_term=0D44E3E5-72C8-4F2E-A2B4-93C82DC78FB4&lrh=e4e2966485d78112a6060535462dd7377ffa0f1e6368288dc8552dcea7aac778&utm_campaign=368B3745-DDE0-4A69-A2E8-62503D85375D&utm_medium=email&utm_content=DA9BEEA5-D6B9-4D4B-A17C-47601745ADBB&utm_source=SmartBrief
Commenti
Posta un commento