Linke Hand, rechte Hand: Wie ein Nobelpreis endlich das molekulare Spiegelproblem löste
Manche Moleküle treten in Paaren auf, die Spiegelbilder voneinander sind, wie eine linke und eine rechte Hand. Sie sehen fast identisch aus, doch die Biologie behandelt sie sehr unterschiedlich. Eine Version eines Medikaments kann heilen; ihr Spiegelzwilling kann nutzlos oder gefährlich sein.
Das ist das Problem, das der diesjährige Nobelpreis für Chemie lösen sollte. Die Auszeichnung ging an Henri B. Kagan und Kenso Soai für die Entdeckung nichtlinearer Effekte und der Selbstkatalyse in der asymmetrischen organischen Synthese. In einfachen Worten: Sie fanden Wege, eine chemische Reaktion dazu zu bringen, eine Spiegelform gegenüber der anderen zu bevorzugen, und diese Bevorzugung sich selbst verstärken zu lassen.
Es geht nicht um abstrakte Fragen. In den späten 1950er und frühen 1960er Jahren wurde schwangeren Frauen ein Beruhigungsmittel namens Thalidomid gegen Morgenübelkeit verabreicht. Eine Spiegelform des Moleküls half gegen Übelkeit; die andere konnte die fetale Entwicklung beeinträchtigen. Tausende Babys in Dutzenden Ländern wurden mit schweren Gliedmaßenfehlbildungen geboren. Die Katastrophe veränderte die Arzneimittelregulierung weltweit und machte die Frage der molekularen Händigkeit unumgänglich.
Chemiker wussten seit Langem, dass man theoretisch Reaktionen entwerfen kann, die nur eine Spiegelform erzeugen. Das Rätsel war, wie man dies zuverlässig bewerkstelligt. Eine Reaktion, die mit einem kleinen Ungleichgewicht zwischen den beiden Formen beginnt, bleibt oft klein. Kagans Arbeit zeigte, dass in bestimmten Reaktionen das Ungleichgewicht überproportional wachsen kann – ein nichtlinearer Effekt. Soai demonstrierte später die Selbstkatalyse, bei der das Produkt einer Reaktion seine eigene Bildung beschleunigt und eine Händigkeit festlegt, eine Art chemisches Gedächtnis.
Zusammen gaben diese Ideen den Chemikern Werkzeuge, um Reaktionen mit weitaus größerer Kontrolle zu steuern. Das ist wichtig für Arzneimittel, wo die Regulierungsbehörden nun detaillierte Daten darüber verlangen, welche Spiegelform ein Medikament enthält. Es ist auch wichtig für die Landwirtschaft und die Materialwissenschaft, überall dort, wo die Form eines Moleküls darüber entscheidet, ob es funktioniert.
Die Anerkennung folgt einem Muster in der diesjährigen Nobelpreissaison. Der Medizinnobelpreis ehrte die Optogenetik, eine Technik, die Licht nutzt, um Gehirnzellen an- und auszuschalten. Der Physiknobelpreis ging an die Erbauer von IceCube, einem Kubikkilometer großen Neutrinodetektor, der im antarktischen Eis vergraben ist. Wie es ein chinesischer Wissenschaftskommentar formulierte, verwandeln die Auszeichnungen weiterhin das Unsichtbare in Sichtbares und das Unmögliche in Mögliches.
Auch chinesische Forscher sind auf diesem Gebiet aktiv. Institutionen im ganzen Land untersuchen chirale Chemie und asymmetrische Katalyse, und das Thema ist ein fester Bestandteil von Graduiertenprogrammen in organischer Synthese. Die Nobelpreiswürdigung dürfte mehr Studierende dafür begeistern.
Für den Rest von uns ist die Lektion einfacher. Die Form eines Moleküls ist kein Detail. Sie kann darüber entscheiden, ob ein Medikament einer Mutter hilft oder ihrem Kind schadet. Zwei Chemiker haben ihre Karrieren damit verbracht, diese Form zu kontrollieren, und der Preis erinnert daran, warum die langsame Arbeit des Verstehens von Materie noch immer wichtig ist.