È stato assegnato il premio Nobel per la chimica a Carolyn Bertozzi, Morten Meldal e Barry Sharpless “per lo sviluppo della chimica a scatto (o click chemistry) e della chimica biortogonale”. Il dipartimento di Biotecnologie dell’università di Verona è attivo in questo ambito di ricerca.
Il premio Nobel per la chimica di quest’anno è andato a Carolyn Bertozzi, Morten Meldal e Barry Sharpless “per lo sviluppo della chimica a scatto (o click chemistry) e della chimica biortogonale”. Agli inizi degli anni 2000, il chimico statunitense Barry Sharpless ha introdotto il concetto di click chemistry per raggruppare reazioni che permettessero di assemblare in maniera semplice, precisa ed efficiente molecole piccole in strutture più complesse. In altre parole, le reazioni di click chemistry permettono di mettere assieme le molecole desiderate come se si stessero usando dei mattoncini di un gioco di costruzioni per bambini. Questo concetto è ispirato a quanto avviene in natura nei sistemi biologici dove molecole anche molto grandi e complesse vengono assemblate partendo da un numero limitato di mattoncini attraverso reazioni selettive ed efficienti in condizioni blande. La reazione di click chemistry per antonomasia è la reazione di cicloaddizione fra alchini e azidi catalizzata da rame sviluppata e descritta indipendentemente dal chimico danese Morten Meldal e dallo stesso Barry Sharpless subito dopo l’introduzione del concetto. Questa reazione è così versatile ed efficiente che è stata utilizzata per la preparazione di materiali e polimeri funzionali, di farmaci, di vaccini, di traccianti per la diagnostica per immagini.
L’estrema selettività di molte reazioni di click chemistry non è passata inosservata ma anzi è stata sfruttata per sviluppare metodologie di sintesi in ambienti complessi, cioè caratterizzati dalla presenza di molti tipi differenti di molecole, quali sono i sistemi biologici. Un particolare impulso allo sviluppo di questo campo è stato dato dalla chimica statunitense Carolyn Bertozzi che è stata in grado di dimostrare che alcune di queste reazioni potevano avvenire selettivamente persino sulla superficie di cellule vive e all’interno di un organismo vivente senza alterare la chimica “naturale” di questi sistemi. Da ciò deriva il concetto di bio-ortogonale per descrivere una reazione chimica selettiva che può avvenire in un sistema biologico senza interferire con la reattività intrinseca del sistema stesso.
Diversi gruppi di ricerca afferenti al dipartimento di Biotecnologie dell’università di Verona sono attivi in questo campo di ricerca.
Il gruppo di Chimica organica e nanobiointerazioni, guidato da Roberto Fiammengo, utilizza le reazioni di click chemistry per la preparazione di nanomateriali funzionalizzati con peptidi o proteine allo scopo di produrre nuovi vaccini o per lo sviluppo di sistemi diagnostici.
Nel laboratorio di Chimica delle biomacromolecole, i docenti Michael Assfalg, Mariapina D’Onofrio e Francesca Munari studiano come le modifiche post-traduzionali influenzano il comportamento delle proteine, in particolare in relazione a stati patologici. A questo scopo il gruppo ha sviluppato approcci semisintetici per introdurre artificialmente tali modifiche e analizzarne gli effetti specifici. La possibilità di sfruttare reazioni bioortogonali, come quelle concepite da Bertozzi, sarà cruciale per integrare le metodologie in vitro sin qui utilizzate con studi in cellula, permettendo di comprendere i meccanismi molecolari associati a determinate patologie e gettare le basi per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
Nel laboratorio di Proteomica, diretto da Daniela Cecconi, si analizzano i proteomi cellulari per identificare potenziali biomarcatori e target terapeutici di utilità in ambito biomedico nello sviluppo di approcci diagnostici, prognostici e terapeutici di malattie. Le metodologie di proteomica differenziale consentono infatti di identificare quegli effettori proteici (es. recettori, enzimi, fattori di trascrizione) con un livello di espressione alterato negli stati patologici. Nello specifico, le reazioni di click-chemistry e bioortogonali che hanno valso il premio Nobel, sono strategie fondamentali per l’arricchimento delle glicoproteine e l’analisi glicoproteomica tramite spettrometria di massa. L’analisi del glicoproteoma cellulare, permetterà di analizzare i cambiamenti nelle glicoproteine i quali rappresentano un segno distintivo degli stati patologici tumorali.
Michael Assfalg e Roberto Fiammengo, docenti di Chimica organica
in collaborazione di Mariapina D’Onofrio, Francesca Munari, Daniela Cecconi, docenti nel dipartimento di Biotecnologie
