Zbadać świat „po drugiej stronie lustra”? Naukowiec UW dokona tego dzięki grantowi ERC

W gronie 397 laureatów Starting Grant 2021 znalazło się ośmioro naukowców pracujących w polskich ośrodkach naukowych. To rekordowa edycja dla Polski. Wśród laureatów znalazł się dr hab. Piotr Garbacz z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. O prowadzonych przez niego badaniach informuje UW w prasowym komunikacie.

Chemik zajmuje się oddziaływaniem jąder atomowych cząsteczek chiralnych z polemmagnetycznym i elektrycznym. W dofinansowanym projekcie chce, podobnie jak Alicja z powieści Lewisa Carrolla, zbadać świat „po drugiej stronie lustra”.

Cząsteczki biologiczne mogą występować w dwóch formach, tak jak np. nasze dłonie czy stopy. Prawej rękawiczki nie da się założyć na lewą rękę, a lewego buta na prawą nogę. Własność cząsteczki przejawiająca się w tym, że nie pasuje ona do swojego lustrzanego odbicia, nazywamy chiralnością – tłumaczy dr hab. Piotr Garbacz, cytowany w komunikacie prasowym UW.

Okazuje się, że większość cząsteczek o znaczeniu biologicznym jest chiralna, w tym wiele leków. Cząsteczki będące swoimi odbiciami lustrzanymi mogą mieć bardzo różne właściwości.

Przykładowo w lustrzanym odbiciu świata cząsteczka odpowiedzialna za zatruwanie wody w procesie zakwitu sinic nie byłaby dla nas szkodliwa. Po drugiej stronie lustra kminek pachniałby miętą, a mięta kminkiem. Ta sama cząsteczka jest odpowiedzialna za zapach obu roślin, tyle że w mięcie występuje jej enancjomer. Organy wewnętrzne dzikiej muszki owocówki są skierowane w jedną stronę. Po wymienieniu w trakcie jednego z eksperymentów odpowiedniego genu owada, jego organy zmieniły ustawienie, stając się lustrzanymi odbiciami pierwotnej wersji - opisuje badacz.

"Do zbadania obiektów chiralnych potrzebujemy odpowiedniego narzędzia. Te, które obecnie mogą być stosowane w warunkach biologicznych pozwalają rozróżnić enancjomery, jednak nie dostarczają informacji na temat ich kształtu z rozdzielczością atomową. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) nie widzi z kolei chiralności, ale pozwala na poznanie struktury cząsteczek. Chciałbym połączyć jedno i drugie" – tłumaczy dr hab. Garbacz.

Badacz zamierza w taki sposób zmodyfikować spektroskopię magnetycznego rezonansu jądrowego, by poza badaniem odległości między atomami i kątów pozwoliła określić też chiralność cząsteczek.

"Działanie zwykłego rezonansu magnetycznego polega na umieszczeniu jądra atomowego wbardzo silnym polu magnetycznym. Chciałbym do tego pola magnetycznego dodać jeszcze pole elektryczne. Dzięki temu rezonans będzie mógł dostrzec chiralność" – wyjaśnia.

W ten sposób powstanie nowa gałąź spektroskopii molekularnej, jądrowego rezonansu magnetoelektrycznego (NMER), istotna m.in. ze względu na umożliwienie badania molekuł w naturalnych warunkach ich występowania. W przeciwieństwie do standardowych metod stosowanych w NMR, obserwacja efektów NMER nie wymaga modyfikacji chemicznej próbki. W związku z tym ma wiele obszarów zastosowań, począwszy od chemii analitycznej (oznaczanie czystości optycznej, rozdzielanie złożonych mieszanin substancji chiralnych), przez biochemię (badania interakcji między cząsteczkami chiralnymi), po farmację (obrazowanie diagnostyczne, badania leków).

"Planuję np. sprawdzić za pomocą tego narzędzia, czy można byłoby wzbogacić obrazowanie medyczne metodą rezonansu magnetycznego w taki sposób, by podczas badania widoczne były też cząsteczki chiralne oraz ich rozłożenie w ciele człowieka" – dodaje dr hab. Garbacz.

W odniesieniu do leków enancjomery cząsteczek mogą powodować różny efekt terapeutyczny. "Najczęściej cytowanym przykładem jest talidomid. Jeden enancjomer tej substancji jest stosowany jako środek uspokajający dla kobiet w ciąży. Lustrzane odbicie tej cząsteczki powoduje natomiast genetyczne uszkodzenia płodu, zaburzając rozwój kończyn dziecka. Zanim odkryto tę różnicę, leki zawierające oba enancjomery były wypisywane kobietom w ciąży, by poprawić ich samopoczucie, bez świadomości, że drugi z enancjomerów jest teratogenem" – mówi dr hab. Garbacz.

Badania nad chiralnością cząsteczek mogą więc mieć wpływ na klasyfikację różnych związków chemicznych, ocenę ich efektów terapeutycznych.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/