Jörn Spolander: Kemipristagarna har återskapat livets vridna vägval

Nobelpriset i kemi går till Benjamin List och David W.C. MacMillan för utvecklingen av asymmetrisk organokatalys. Metoden har gett kemister ett verktyg för att styra vilken av två spegelvända former som skapas när organiska molekyler byggs upp. Det är en upptäckt som fått direkt betydelse för läkemedelsindustrin och för forskningen kring livets uppkomst.

Organiska molekyler kan finnas i två former som förhåller sig till varandra som en höger- och en vänsterhandske. De kallas enantiomerer och har identisk kemisk sammansättning men skiljer sig åt i hur atomerna är ordnade i rummet. I levande organismer är skillnaden allt annat än prydnad. Aminosyror, sockerarter och andra livsviktiga molekyler förekommer i princip bara i en av dessa former. Hade båda versionerna blandats i en cell skulle byggstenarna inte passa ihop – livet skulle inte fungera.

För ungefär fyra miljarder år sedan, när livet etablerade sig på jorden, måste ett kemiskt vägval ha skett. Hur det gick till är en av vetenskapens stora frågor. Ett skäl till att frågan varit svår att besvara är att det länge varit nästan omöjligt att i laboratoriet framställa en ren form av en molekyl utan att samtidigt få med dess spegelbild. De reaktioner som utvecklats under miljarder år i naturen har visat sig svåra att efterlikna i provrör.

Nobelpristagarna löste problemet med hjälp av små organiska katalysatorer. Dessa fungerar som en sorts kemiska verktyg som gör att en reaktion föredrar den ena spegelbilden framför den andra. Arbetet har banat väg för så kallad asymmetrisk syntes i industriell skala. Det är en teknik som i dag används för att tillverka allt från läkemedel och bekämpningsmedel till smak- och doftämnen.

Behovet av metoder som denna har vuxit i takt med att läkemedelsindustrin förstått vilken roll molekylers form spelar för människokroppen. Ett läkemedel som består av en blandning av två enantiomerer kan i värsta fall vara både verkningslöst och skadligt. Mindre dramatiska exempel finns: doftämnet karvon kan uppfattas som pepparmynta eller kummin, beroende på vilken spegelbild som framställts. Det tydligaste exemplet är talidomid, som i slutet av 1950-talet och början av 1960-talet såldes i många länder som lugnande medel och mot illamående vid graviditet. Den ena spegelbilden av substansen orsakade allvarliga fosterskador. Händelsen blev en medicinsk katastrof och en väckarklocka för kemister och myndigheter.

Även om just talidomid omvandlas till sin skadliga spegelbild i kroppen, och en ren framställning därför inte skulle ha eliminerat risken, förändrade fallet synen på kirala molekyler. I dag kräver läkemedelsmyndigheter i bland annat EU och USA att företag noggrant undersöker och dokumenterar egenskaperna hos varje enantiomer innan ett nytt läkemedel godkänns. Det har skapat en växande marknad för kemisk expertis, särskilt inom asymmetrisk katalys.

Metoderna som List och MacMillan utvecklade var oberoende av varandra, men liknade varandra i grundtanken. Tidigare lösningar på problemet byggde ofta på metallkatalysatorer, som kunde vara dyra, giftiga och känsliga för fukt och syre. De nya organiska katalysatorerna är billigare, stabilare och mer miljövänliga. De gör det också möjligt att genomföra reaktioner med hög precision på ett sätt som passar storskalig produktion.

För kemindustrin innebär detta ett skifte. I stället för att först tillverka en blandning och sedan i komplicerade steg separera ut den önskade molekylen kan man nu bygga upp den direkt i rätt form. Det sparar energi, råvaror och tid. Flera läkemedelsföretag har under de senaste tio åren lagt om sina processer och använder i dag asymmetrisk katalys i kommersiell tillverkning av läkemedelssubstanser. Katalysatorerna används också inom framställning av jordbrukskemikalier, där även bekämpningsmedels molekylära form kan vara avgörande för effekt och säkerhet.

Historien bakom ämnet sträcker sig längre tillbaka än till 2000-talets kemilabb. Redan i mitten av 1800-talet upptäckte den franske kemisten Louis Pasteur att kristaller av vinsyra kunde se ut som spegelbilder av varandra. Genom att sortera kristallerna för hand visade han att de bröt ljus på olika sätt. Den upptäckten etablerade idén om kiralitet, ett begrepp som nu är centralt inom kemi och biologi.

Årets Nobelpris handlar därför både om ett klassiskt mysterium och om ett industriellt genombrott. Pristagarnas arbete har gett forskare en bredare verktygslåda, samtidigt som det har öppnat dörrar till en mer kontrollerad och hållbar syntetisk kemi. Förståelsen av varför livet använder en enda spegelform är fortfarande ofullständig, men metoderna som nu belönats gör det möjligt att närma sig frågan med nya experiment. Och i praktiken har de redan förändrat hur säkra läkemedel tas fram.