▲2022年诺贝尔化学奖得主贝尔托齐、梅尔达尔和沙普利斯。图/诺贝尔奖委员会官网

北京时间10月5日，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔化学奖授予美国科学家卡罗琳·贝尔托齐、卡尔·巴里·沙普利斯和丹麦科学家莫滕·梅尔达尔，以表彰他们在“点击化学和生物正交化学的发展”方面的贡献。

今年的诺贝尔化学奖最大的特点，或许是引导公众认识了一种新概念、新内容。

点击化学和生物正交化学，是由化学家创造的两个术语，反映了当代化学的新内容。

点击化学也称链接化学、速配结合组合式化学，是由沙普利斯在2001年提出的一个概念，是指通过小单元的拼接，快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。

生物正交化学则是贝尔托齐于2003年创造的，主要是指在生物系统中发生而且不干扰内源性生物化学过程的化学反应。

更引人注目的是，沙普利斯已经于2001年获得过诺贝尔化学奖了，这次是他第二次获得该奖。这显然并非因为其创造了新的化学术语，而是因为这一术语蕴含着丰富的科学内容，才能赢得评委们的青睐和肯定。

瑞典皇家科学院认为，沙普利斯和梅尔达尔为点击化学奠定了基础。创造了生物正交化学概念的贝尔托齐，则将点击化学提升到了一个新的维度，并开始在生物体中使用它。

今天，化学研究人员常常被越来越复杂的物质分子所困惑，无论是自然的还是人工合成的，尤其是在药物研究中常常涉及人工重建具有药用特性的天然分子。这些分子结构复杂，耗时且生产成本昂贵。点击化学的作用就是，将复杂分子简单化，甚至可以通过直接的途径构建功能分子。

点击化学的最初灵感来自自然。研究人员观察到，仅凭借20余种氨基酸和10多种初级代谢产物，生物体就能够通过拼接上千万个这一类型的单元（氨基酸、单糖）来合成非常复杂的生物分子，如蛋白质和多糖。

同时，这种化学拼接有明显的倾向性，主要借助形成碳-杂原子键，来完成复杂的拼接。这个发现对于药物研发和合成具有很重要的意义。

因此，沙普利斯对点击化学的解释是，与其投入大量人力物力合成0.1毫克的复杂天然产物，不如把资源用在研发高效合成的方法上。化学家不应该花费大量的精力来合成碳碳键，而应该用更多精力来建造碳-杂原子键。

这里的碳-杂原子键，是那种释放高自由能的化学键合成，即点击化学。

▲2022年诺贝尔化学奖公布现场。图/新华社

在其理论支持下，沙普利斯和梅尔达尔完成了被誉为点击化学皇冠上的明珠的工作——铜催化的叠氮化物-炔烃环加成反应。这是一种既简单又有效的化学反应，并且现在已广泛应用于药物研发，绘制 DNA 分子和创造更适合用途的材料。

点击化学的一个更实际更让人理解的成果是，用于艾滋病药物的研发。由于艾滋病病毒的多变性，迄今治疗艾滋病的用药方式是“鸡尾酒”疗法，以防止病毒的耐药性，同时也意味着需要不断研发新药以对付病毒的多变性。

艾滋病病毒分为HIV-1和HIV-2两种，但主要是HIV-1引发疾病。抑制HIV-1是目前艾滋病药物的主要机理。尽管从1995年开始，已经有多种抑制剂被批准使用，而且已经有大量的抑制剂在进行临床试验，但是病毒的突变造成了药物的效果并不稳定和显著。而且，HIV-1的抗药性正在以令人担忧的速度增长。

正是在点击化学反应的基础上，2006年，沙普利斯团队研发了HIV-1蛋白酶抑制剂，可以抑制HIV-1的多种变异株复制。当然，HIV-1蛋白酶抑制剂的研发成功也有赖多学科知识的应用，但点击化学在其中起到基础作用。

贝尔托齐的贡献在于，将点击化学提升到了一个新的水平，即生物正交化学。为了在细胞表面绘制重要但难以捉摸的生物分子——聚糖，贝尔托齐研发了在活生物体内起作用的点击反应，也即生物正交反应。这种反应不会破坏细胞的正常化学反应。

这意味着，可以通过生物正交反应对生物体内的生物分子（糖类、蛋白质和脂类）进行实时研究。而且，目前通过生物正交反应产生了大量的化学偶联策略。这些反应，已在全球范围内用于探索细胞和跟踪生物过程。同时，利用生物正交反应，研究人员也正在改进癌症药物的靶向性，目前正在临床试验中进行测试。

今年的诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学这类新概念新内容的化学研究，意味着对其正式承认。未来，借助这些反应可以简单高效地获得多样性分子。

而且，以点击化学和生物正交化学为代表的化学研究能够删繁就简，拥有高效率和高控制性，以及出现产物的高立体选择性和稳定性，是现在和未来医药领域最吸引人的发展方向，也是未来加快新药研发最有效的技术之一。

也说不定，未来，治疗新冠病毒感染的药物，就有可能在点击化学和生物正交化学的基础上获得突破。

撰稿 / 张田勘（专栏作者）

编辑 / 迟道华

校对 / 杨许丽