Des molécules selon le principe des Lego

Médicaments, matières plastiques ou autres molécules complexes – pendant longtemps, leur fabrication a été complexe et coûteuse. La chimie clic a radicalement simplifié nombre de ces processus – grâce à une astuce habile.

Chaque jour, des millions de médicaments sont nécessaires dans le monde. Mais leur fabrication, ainsi que celle de nombreux autres matériaux courants, nécessite souvent des molécules très complexes. Leur fabrication est souvent difficile, par exemple parce que le processus est coûteux en énergie et en argent ou parce qu’il génère des sous-produits indésirables. Carolyn Bertozzi et K. Barry Sharpless des États-Unis ainsi que le Danois Morten Meldal ont développé des mécanismes qui simplifient ce processus : La chimie click. Il est ainsi possible d’assembler rapidement et de manière ciblée des molécules à partir d’unités plus petites, un peu comme la nature le fait.

Assembler des molécules comme des Legos

Sharpless et Meldal ont fait une découverte similaire il y a environ 20 ans, indépendamment l’un de l’autre. Elle fonctionne de la même manière que les pièces de Lego qui sont cliquées les unes aux autres : On prend deux molécules et on les munit chacune d’un groupe fonctionnel.

Meldal a également découvert que le processus de clic était beaucoup plus efficace si l’on ajoutait une substance spécifique, dans ce cas le cuivre. Les molécules réagissent plus rapidement entre elles, il y a un « clic » et une liaison se forme. Il existe aujourd’hui de nombreuses autres méthodes pour réaliser un tel clic.

Utilisation dans les organismes vivants

La biochimiste Bertozzi a développé la technologie de manière à ce qu’elle puisse également être utilisée dans des cellules vivantes. Concrètement, elle a trouvé un moyen de réaliser des liaisons click sans cuivre dans des organismes vivants – car le cuivre est dangereux pour les cellules humaines. Le procédé s’appelle « réaction bioorthogonale ». Il s’agit d’une réaction chimique qui peut se dérouler au sein de systèmes vivants sans perturber d’autres processus.

Cette méthode est d’ores et déjà utilisée dans le monde entier pour étudier les cellules et suivre les processus biologiques. En outre, les chercheurs ont pu améliorer la précision de ciblage des médicaments anticancéreux testés dans le cadre d’essais cliniques. « Le domaine de la chimie click n’en est qu’à ses débuts », a déclaré Bertozzi lors d’une conférence téléphonique après l’annonce du prix Nobel, ajoutant que « de nombreuses nouvelles réactions doivent être découvertes et inventées ».

Les domaines d’application sont nombreux

Les procédés de la chimie click sont utilisés par exemple dans le domaine pharmaceutique, comme l’explique le chimiste Thomas Brück de l’Université technique de Munich dans un entretien avec tagesschau24 explique. Un domaine d’application concret est la recherche de nouveaux antibiotiques. « Nous pouvons marquer de nouvelles substances potentielles à l’aide d’une molécule lumineuse et nous pouvons ensuite suivre où elles agissent dans la cellule. On peut alors dire par exemple que cette molécule se lie à cette protéine ou à ce composant à l’intérieur de la cellule. Et ainsi, on peut continuer à développer cette molécule de manière ciblée, vers une nouvelle substance active qui nous aide à vaincre les maladies bactériennes ».

A l’inverse, il serait également possible d’observer où les bactéries attaquent les cellules humaines. « Les agents pathogènes se lient souvent à des molécules de sucre spéciales à la surface des cellules. Grâce à un marqueur à cet endroit, nous pouvons suivre en temps réel l’évolution de la maladie et identifier où exactement les agents pathogènes se lient et comment ils le font. Et cela nous donne des informations sur la manière dont nous pouvons concevoir de nouvelles substances pharmaceutiques actives ».

Il existe de nombreuses possibilités d’utiliser la méthode du clic. Par exemple, lors du développement de nouveaux matériaux. Dans ce cas, il est possible de déterminer à l’avance les propriétés que doit avoir le nouveau matériau.

« Lumière sur la biologie chimique »

Sharpless a réussi quelque chose d’extraordinaire avec cette distinction : Il s’agit pour lui du deuxième prix Nobel. En 2001, il avait déjà été récompensé par le très convoité prix de la connaissance pour ses travaux sur les réactions d’oxydation. Peu de personnes avaient réussi cela avant lui, entre autres la physicienne et chimiste Marie Curie.

Pour Bertozzi, il s’agit du premier prix Nobel – ce qui s’est ressenti dans ses réactions. « Je suis absolument stupéfaite. Je suis assise ici et je peux à peine respirer », a-t-elle déclaré après l’annonce. « Je ne suis toujours pas tout à fait sûre que ce soit réel, mais cela devient de plus en plus réel à chaque minute ». Alors qu’elle dit ne pas avoir encore eu le temps de réfléchir à l’utilisation de l’argent du prix, elle a déjà souligné que le fait que le prix « mette en lumière la biologie chimique est une chose merveilleuse ».