Und es hat CLICK gemacht…

Drei Molekülforscher, ein Chemie-Nobelpreis

Eine Frage: Was verbindet Barry Sharpless, Carolyn R. Bertozzi und Morten Meldal miteinander? Und was hat der 10. Dezember 2022 mit ihnen zu tun? Na, wissen Sie’s? Wir verraten es: Das geniale Dreiergespann hat an diesem Tag zu gleichen Teilen den Chemie-Nobelpreis gewonnen! Wir finden daher, dass es an der Zeit ist, uns die Click-Chemie mal etwas näher anzuschauen. Was verstehen wir unter Click-Chemie? In welchen Branchen findet sie Anwendung? Und was hat Lego damit zu tun? All das und vieles mehr erfahren Sie in diesem Blogartikel!

Was ist Click-Chemie eigentlich?

Es ließ ihm einfach keine Ruhe. Es musste doch eine Lösung geben! Aber welche? Wie sollte ermöglicht werden, dass die Produktion von Medikamenten erheblich beschleunigt wird – und dabei nicht Millionen von Geldern verschlingt? Diese und mehr Fragen stellte sich Barry Sharpless schon vor über 22 Jahren. Der US-amerikanische Chemiker wusste: Je komplizierter ein Molekül ist, desto mehr Prozesse braucht es, um es zu bauen. Und nicht nur das. Dabei fallen auch noch Kosten an, die immer höher werden – und ungewünschte Nebenprodukte, die anschließend entfernt werden müssen. Das muss sich doch verhindern lassen, dachte er. Und sollte Recht behalten – was ihm jetzt zusammen mit zwei anderen Chemikern den Nobelpreis der Chemie einbrachte.

Er ist übrigens erst der Fünfte, der einen zweiten Nobelpreis erhalten hatte. Den ersten bekam er 2001 für seine Arbeit zu chiral katalysierenden Oxidationsreaktionen, zu denen auch die nach ihm benannte „Sharpless-Epoxidierung“ gehört. Allerdings forschte er schon damals an der sogenannten Click-Chemie. Seine Idee war es, so etwas wie einen Modellbaukasten zu entwerfen, anhand dessen sich recht kleine, einfache Moleküle durch das Schlüssel-Schloss-Prinzip leicht und eindeutig verbinden lassen. Mit einem solchen „Click“ suchte er nach einer effizienten Lösung für die eingangs erwähnte Herausforderung. Aber wie funktioniert das im Detail?

Im Prinzip wie Lego, wie die Wissenschaftsredakteurin Lea Albrecht in der DW Science berichtet. Man stelle sich vor, wir hätten grüne Legosteine, gelbe, rote und blaue. Wir „clicken“ sie zusammen und das Resultat ist etwas komplett Neues. Auf die Chemie übertragen bedeutet das: Zwei Ausgangsstoffe, zwei Moleküle, verbinden sich, werden „zusammengeclickt“ und daraus entsteht eine neue Zielverbindung. Die beiden Ausgangsstoffe tragen dabei sogenannte „funktionelle Gruppen“, die miteinander reagieren und „ineinanderclicken“. Wie die Noppen und Löcher der Legosteine. Die Click-Chemie ist somit wie Lego bauen, aber im allerkleinsten – molekularen – Raum. Die Idee gab es schon länger, neu ist jetzt allerdings, dass herausgefunden wurde, wie die für den „Click“ verantwortlichen Noppen und Löcher funktionieren. Das macht es jetzt einfacher, neue molekulare Strukturen zu bauen.

Die Click-Chemie ist heute ein elementarer Bestandteil chemischer Synthesestrategien, nicht zuletzt wegen ihrer zahlreichen Vorteile wie der einfachen Durchführbarkeit, der hohen Selektivität und der überragenden Ausbeute. Ausgesprochen vorteilhaft für moderne Anwendungen sind die milden Reaktionsbedingungen und die Toleranz gegenüber einer Vielzahl an funktionellen Gruppen, die ein außerordentlich breites Anwendungsspektrum ermöglichen.

Ein besonders prominentes Beispiel für eine Click-Reaktion ist übrigens die kupferkatalysierte Azid-Alkin Cycloadditon (CuAAC). Die wichtigste Eigenschaft der CuAAC ist ihre einzigartige Bioorthogonalität – also die Durchführbarkeit einer komplexen chemischen Reaktion innerhalb eines biologischen Systems – während üblicherweise weder Azid noch Alkin als funktionelle Gruppe in natürlichen Systemen vorkommen.

Wo und wie findet die Click-Chemie Anwendung?

Mit Hilfe der eben erwähnten CuAAC können nun Alkin-modifizierte Nukleobasen mit extrem hohem Wirkungsgrad funktionalisiert werden, ohne dabei die DNA zu schädigen. Durch die hierdurch mögliche Markierung von Biomolekülen in immenser Bandbreite wurde die Click-Chemie zu einem unschätzbaren Tool auch in der modernen Life Science. Die bioorthogonale Chemie ist beispielsweise für die Krebsmedizin interessant: Bestimmte Glykane, die auf der Oberfläche von Krebszellen zu finden sind, halten das Immunsystem davon ab, Tumore zu attackieren. Diesen Hemmmechanismus können Forscher austricksen, indem sie Antikörper entwickeln, die an diese Stoffe binden. Die Antikörper lassen sich mit Enzymen „clicken“, die die Glykane entfernen. Somit liegen die Tumorzellen für die Immunzellen frei.

Bioorthogonale Chemie ermöglicht es außerdem, innerhalb einer lebenden Zelle Markierungen an bestimmte Biomoleküle zu koppeln, die im Anschluss beispielsweise fluoreszieren können, wodurch Forscher die Aktivität dieser Biomoleküle im Mikroskop verfolgen können. Dieser Nachweis ist hochspezifisch, da die Kopplung nur aufgrund der chemischen Reaktionen erfolgen kann – lebende Zellen schaffen es nicht, sie selbst durchzuführen.

Dank der Click-Chemie ist es somit möglich, eine Vielzahl komplizierter und teurer Prozesse einfacher zu machen. Das Verfahren kann außerdem dafür benutzt werden, Prozesse innerhalb von Zellen nachzuvollziehen. Das ist vor allem bei der Entwicklung und Produktion von Medikamenten ein enormer Fortschritt – man kann also sehr gut nachvollziehen, dass gerade dieses Thema für den Chemie-Nobelpreis ausgewählt wurde.

Auch bei ROTH hat es geclickt

Wir freuen uns sehr, dass wir unseren Kund:innen durch die strategische Partnerschaft mit Base Click ein interessantes Basissortiment für die Click-Chemie anbieten können. In unserem Webshop finden Sie neben allen wichtigen Click-Chemikalien auch Click-Komponenten für die Azid-Alkin Cycloaddition, wie beispielsweise Alkin-modifizierte Nukleotide und Nukleoside, Azid-modifizierte Aminosäuren und Azid-Label.

Darüber hinaus hoffen wir, Ihnen in naher Zukunft durch Sortimentsergänzungen wie Kits für Imaging, Flow-Cytometry und High-Troughput-Screening eine optimale Plattform für Ihre Click-Assays bieten zu können!