O Prêmio Nobel de Química de 2022 foi concedido aos cientistas Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal e K. Barry Sharpless pelo desenvolvimento da química do clique e da química bio-ortogonal.
Essas técnicas têm sido usadas em vários setores, incluindo em tratamentos que podem matar células cancerígenas sem perturbar as células saudáveis, bem como a produção sustentável e rápida de grandes quantidades de polímeros para construir materiais. Um medicamento baseado na química de um clique está atualmente passando por ensaios clínicos de fase 2. Bertozzi é consultor científico da empresa que desenvolve o medicamento.
Perguntamos ao Ph.D. em química. candidato Heyang (Peter) Zhang do Lin Lab da Universidade de Buffalo para falar sobre como essas técnicas figuram em sua própria pesquisa e como elas transformaram seu campo e outras indústrias.
Como funciona a química do clique e a bio-ortogonal?
A química do clique, como o nome sugere, é uma maneira de construir moléculas como encaixar blocos de Lego. São necessárias duas moléculas para clicar, então os pesquisadores se referem a cada uma como parceiras de clique.
K. Barry Sharpless e Morten Meldal descobriram de forma independente que a azida, uma molécula de alta energia com três nitrogênios ligados, e o alcino, uma molécula relativamente inerte e naturalmente rara com dois carbonos ligados triplamente, são ótimos parceiros de clique na presença de um catalisador de cobre. Eles descobriram que o catalisador de cobre pode unir as duas peças em um arranjo ideal que as encaixa. Antes dessa técnica, os pesquisadores não tinham como fazer novas moléculas com rapidez e precisão em condições acessíveis, como usar água como solvente à temperatura ambiente.
Os biólogos químicos rapidamente perceberam que as reações de clique podem ser uma maneira fantástica de sondar sistemas vivos como células, porque produzem pouco ou nenhum subproduto tóxico e podem acontecer rapidamente. No entanto, o catalisador de cobre é tóxico para os sistemas vivos.
Carolyn Bertozzi concebeu uma solução para esse problema removendo o catalisador de cobre da reação. Ela fez isso colocando o alcino em uma estrutura de anel, que impulsiona a reação usando a tensão do anel produzida a partir de moléculas forçadas a uma forma cíclica. Essas reações bio-ortogonais, ou reações que acontecem “paralelamente” ao ambiente químico da célula, podem ocorrer nas células sem perturbar sua química normal.
Como você usa essa química em seu trabalho?
Em entrevista, Carolyn Bertozzi afirmou que os próximos passos da química bio-ortogonal são encontrar novas reações e aplicações para ela. A pesquisa do nosso laboratório se concentra exatamente nisso.
Meus colegas e eu aplicamos essa técnica para rastrear moléculas nas quais estamos interessados, pois elas se comportam naturalmente em uma célula. Em uma célula viva, conseguimos adicionar uma sonda a um receptor que desempenha um papel em vários processos celulares.
Para encontrar novas reações, nosso laboratório passou os últimos 15 anos focado em aumentar a rapidez com que as reações bio-ortogonais podem ocorrer. A velocidade é importante porque muitas moléculas em organismos vivos estão presentes em baixas concentrações, e o uso excessivo dos produtos químicos necessários para a reação pode ser tóxico para a célula. Quanto mais rápida a reação, menos reações colaterais indesejadas.
Fomos pioneiros em outra maneira de obter reações de clique e bio-ortogonais com velocidade ainda mais rápida. Em vez de usar uma azida e um alcino como os ganhadores do Prêmio Nobel fizeram originalmente, usamos duas outras moléculas que se unem quando uma luz é lançada sobre elas. Com esta técnica, somos capazes de adicionar moléculas à superfície de uma célula viva em apenas 15 segundos. Podemos então observar como uma determinada estrutura de uma célula funciona em seu ambiente natural, ou detectar como ela muda ao expô-la a drogas ou outras substâncias. Os pesquisadores podem então testar mais facilmente como as células reagem a tratamentos potenciais.
Atualmente, estamos trabalhando para desenvolver um novo método de desencadear essas reações sem luz. Estamos trabalhando ativamente no uso da química bio-ortogonal para melhorar a imagem PET para rastrear e monitorar tumores.
Por que essas técnicas são tão importantes para o seu campo?
Antes do clique e da química bio-ortogonal, não havia como visualizar moléculas em células vivas em seu estado natural.
Como analogia, imagine que você precisa encontrar uma nota de dólar específica com o número de série 01234567. Isso seria uma tarefa bastante assustadora. Isso exigiria que você analisasse cada dólar que conseguir e verificasse se o número de série é o que você está procurando.
Rastrear moléculas em nosso corpo é tão difícil quanto, se não mais. Como os ambientes biológicos são tão complexos, anteriormente era impossível adicionar uma sonda apenas à molécula de interesse sem marcar acidentalmente outra coisa, ou pior, alterar a química normal da célula. Com reações bio-ortogonais, no entanto, os pesquisadores podem essencialmente adicionar um rastreador GPS à molécula sem afetar o resto da célula.
Fonte: The Conversation / Heyang (Peter) Zhang
Tradução: Redação Ambientebrasil / Maria Beatriz Ayello Leite
Para ler a reportagem original em inglês acesse: https://theconversation.com/nobel-prize-how-click-chemistry-and-bioorthogonal-chemistry-are-transforming-the-pharmaceutical-and-material-industries-191995
