نوبل شیمی ۲۰۲۶ به دانشمندانی برای پژوهش درباره مولکول‌های آینه‌ای اهدا شد

جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۶ روز چهارشنبه ۱۵ مهر / ۷ اکتبر به دو دانشمند اهدا شد که پژوهش‌هایشان نشان داد برخی واکنش‌های شیمیایی می‌توانند به‌ جای تولید دو شکل آینه‌ای یک مولکول به مقدار برابر، مقدار بسیار بیشتری از یکی از این دو شکل تولید کنند.

هانری (آنری) ب. کاگان از دانشگاه پاریس-سود در فرانسه و کنسو سوآی از دانشگاه علوم توکیو در ژاپن، این جایزه را «به‌دلیل کشف اثرهای غیرخطی و خودکاتالیزی در سنتز آلی نامتقارن» دریافت کردند.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد روز چهارشنبه در استکهلم برندگان را معرفی کرد. هر یک از این دو دانشمند نیمی از جایزه ۱۲ میلیون کرون سوئد، معادل حدود ۱,۲ میلیون دلار، را دریافت خواهند کرد.

بسیاری از مولکول‌ها، از جمله اسیدهای آمینه که سازنده پروتئین‌ها هستند، می‌توانند به دو شکل وجود داشته باشند که اتم‌های کاملاً یکسانی دارند، اما تصاویر آینه‌ای یکدیگرند؛ درست مانند دست چپ و دست راست انسان که از نظر ساختار مشابه‌اند اما تصویر آینه‌ای یکدیگر محسوب می‌شوند. این ویژگی را کایرالیته (chirality) یا «دست‌سانی» می‌نامند.

اما شیمی موجودات زنده به شکل شگفت‌انگیزی هم‌دست‌سان یا «یک‌دست» است؛ یعنی در آن معمولاً فقط یکی از دو شکل آینه‌ای یک مولکول به‌کار می‌رود. پروتئین‌ها تقریباً به‌طور انحصاری از نوعی از اسیدهای آمینه به نام L-آمینو اسیدها ساخته شده‌اند. در مقابل، قندهایی که بخش اصلی ساختار DNA و RNA را تشکیل می‌دهند، عمدتاً شکل دیگری به نام D دارند.

این پرسش که چنین «یک‌دست‌سانی»ای چگونه در موجودات زنده پدید آمده است، مدت‌ها دانشمندان را سردرگم کرده بود؛ زیرا واکنش‌های شیمیایی معمولاً در آزمایشگاه به‌طور طبیعی مقادیر تقریباً برابری از هر دو شکل آینه‌ای تولید می‌کنند.

این موضوع از نظر عملی نیز اهمیت زیادی دارد. پروفسور آندره کاب، شیمی‌دان آلی در کینگز کالج لندن، می‌گوید: « اگرچه این مولکول‌ها ظاهری بسیار شبیه به هم دارند، هنگامی که با مولکول‌های دیگر در بدن واکنش نشان می‌دهند، ممکن است رفتار کاملاً متفاوتی داشته باشند.»

این مسئله برای داروها اهمیت بسیار زیادی دارد، زیرا بسیاری از مولکول‌های موجود در بدن ما، از جمله پروتئین‌هایی که داروها روی آن‌ها اثر می‌گذارند، خودشان کایرال هستند. بنابراین دو شکل آینه‌ای یک دارو ــ که می‌توان آن‌ها را به‌طور ساده «شکل چپ‌دست» و «شکل راست‌دست» نامید ــ ممکن است در بدن رفتار متفاوتی داشته باشند و در نتیجه اثر دارویی متفاوت یا حتی ضعیف‌تری ایجاد کنند.

داروی تالیدومید نمونه بسیار مهمی از این مسئله است. در اوایل دهه ۱۹۶۰، هزاران کودک با ناهنجاری‌های مادرزادی متولد شدند؛ زیرا مادرانشان در دوران بارداری برای مقابله با تهوع صبحگاهی این دارو را مصرف کرده بودند. پژوهش‌های بعدی نشان داد که دو شکل آینه‌ای این مولکول از نظر اثرات زیستی تفاوت‌هایی دارند.

به همین دلیل، شرکت‌های داروسازی و دیگر تولیدکنندگان مواد شیمیایی به‌دنبال راهی بودند که بتوانند واکنش‌های شیمیایی را به سمت تولید شکل مشخصی از یک مولکول هدایت کنند. پژوهش‌های هانری کاگان و کنسو سوآی سرانجام راهی برای این کار فراهم کرد.

این مسیر در سال ۱۹۸۶ آغاز شد؛ زمانی که کاگان کشف کرد وجود یک عدم‌تعادل نسبتاً کوچک میان دو شکل آینه‌ای یک کاتالیزور می‌تواند باعث شود واکنش شیمیایی مقدار بسیار بیشتری از یکی از دو شکل آینه‌ای محصول را تولید کند.

کاتالیزور ماده‌ای است که باعث می‌شود یک واکنش شیمیایی آسان‌تر یا سریع‌تر انجام شود، بدون این‌که خودش در پایان واکنش به‌طور دائمی مصرف شود.

سوآی این ایده را یک گام جلوتر برد. او واکنشی را توسعه داد که در آن مولکول‌های تولیدشده در خود واکنش، نقش کاتالیزور را ایفا می‌کردند و باعث تولید مولکول‌های بیشتری از همان نوع می‌شدند. این فرایند را خودکاتالیزی (autocatalysis) می‌نامند.

پروفسور پیتر سومفای، شیمی‌دان آلی در دانشگاه لوند و عضو کمیته نوبل شیمی، درباره این آزمایش گفت: «باید توجه داشت که این احتمالاً جالب‌ترین آزمایش در تاریخ شیمی آلی است.»

سوآی در سال ۲۰۰۳ واکنشی را نشان داد که تقریباً منحصراً یکی از دو شکل آینه‌ای یک مولکول را تولید می‌کرد. این نخستین بار بود که دانشمندان توانستند در آزمایشگاه فرایندی را مشاهده کنند که نوعی یک‌دست‌سانی مولکولی شبیه آن‌چه در موجودات زنده دیده می‌شود ایجاد می‌کرد.

کنسو سوآی ۷۶ ساله روز چهارشنبه در جریان اعلام جایزه، در گفت‌وگویی تلفنی گفت که به این آزمایش «بسیار افتخار» می‌کند، زیرا این آزمایش می‌توانست توضیحی احتمالی برای چگونگی پیدایش یک‌دست‌سانی مولکولی در موجودات زنده ارائه دهد. او شنیدن خبر دریافت جایزه را «یکی از هیجان‌انگیزترین روزهای زندگی»اش توصیف کرد.

سومفای گفت یافته‌های کاگان و سوآی در مجموع «درک ما از کایرالیته مولکولی، چگونگی ایجاد، تقویت و انتقال آن را دگرگون کرده است».

این یافته‌ها بعدها به یکی از ابزارهای مهم در طراحی کاتالیزورها تبدیل شدند؛ موادی که می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را به‌گونه‌ای هدایت کنند که عمدتاً شکل مشخصی از یک مولکول تولید شود. چنین دانشی امروزه در صنایع مختلف، به‌ویژه در تولید مواد شیمیایی و دارویی، کاربرد دارد.

سومفای می‌گوید: «این چیزی است که همیشه در پس ذهن ما وجود دارد.»

او افزود: «شاید دشوار باشد بگوییم فلان دارو یا بهمان دارو مستقیماً با استفاده از این روش ساخته شده است. من می‌گویم تقریباً همه آن‌ها، چون ما از این دانش به‌عنوان یک ابزار استفاده می‌کنیم؛ ابزاری برای فهمیدن این‌که چگونه کاتالیزورها را طراحی کنیم و چگونه عمل می‌کنند.»