Molekyler är byggstenarna för vår moderna värld, från telefoner till bilar till Doritos. Men att komma på nya är fortfarande en otroligt kostsam och tidskrävande process. En grupp kemister från University of Chicago vill hitta ett bättre sätt.

"Om du tittar på ett diagram över en molekyl, det verkar som att du bara borde kunna knäppa ihop dem som Tinkertoys, men du kan inte, " sa Asst. Prof. Mark Levin. "Vi skulle vilja ändra på det."

Deras nya upptäckt, publicerad 12 maj Natur , representerar ett första steg mot den transformationen:ett sätt att enkelt skära kväveatomer från molekyler.

Trots årtionden av experiment, kemi förblir en konst på många sätt eftersom molekyler byggs i en lång, iterativ process:fästa vissa delar, sedan slå sönder andra så att du kan lappa in nya delar. Varje molekyl vi använder, från fibrerna i din matta till färgämnena som färgade den till rengöringsmedlen du använder för att rengöra den, är byggd på detta sätt. Men ibland, molekylerna som skapas i de mellanliggande stegen eller som biprodukter är mycket giftiga, eller så tar hela processen mycket tid och elektricitet.

Denna process blir ännu mer mödosam när forskare eller läkemedelstillverkare letar efter en ny kemikalie, Levin sa, eftersom de måste skapa så många alternativ att testa.

"Säg att du vill göra ett nytt läkemedel som riktar sig mot en del av cellen som biologer har identifierat som viktig för hjärtsjukdomar, " sa han. "Typiskt, du screenar tusentals molekyler bara för att hitta några få som låser sig på den delen av cellen. Sedan går du om att ändra dem, för att göra molekylerna lättare för kroppen att ta upp eller för att undvika biverkningar. Varje gång du tänker, säga, "Skulle det fungera bättre med en kolatom på ena sidan istället för ett kväve?" du måste gå tillbaka till början och börja om med hur man bygger den."

Levins grupp vill förvandla fältet genom att introducera sätt att direkt redigera molekylen av intresse. Det finns några sätt att göra mindre redigeringar runt kanterna, Levin sa, men forskare letar fortfarande efter tekniker för att göra stora förändringar i molekylernas skelett.

UChicago-kemisterna gjorde ett genombrott i detta uppdrag, hitta ett sätt att "ta bort" en kväveatom från en molekyl. Liknande processer som för närvarande används genererar en mycket giftig molekyl - men Levins grupp lägger istället till ett nyckelreagens, eller reaktiv kemikalie, som går förbi mellansteget. Kvävet frigörs som N2, och två kolatomer skapar en bindning i dess ställe.

Som en ny grundläggande metod, upptäckten öppnar vägar för att konstruera molekyler.

"En sak det låter dig göra är att tänka på att göra ringar på ett nytt sätt, med potentiellt färre steg. Det låter dig ändra logiken i hur du gör saker, " sa Levin. (Ringar av molekyler är en frekvent ingrediens i kemikalier.)

Processen fungerar inte för varje enskild molekyl, men det gör det för många viktiga. Till exempel, Levins grupp testade metoden på lapatinib, en molekyl som godkänts av FDA som ett cancerläkemedel, och kunde redigera dess sammansättning snabbt och enkelt.

"En sida av denna upptäckt är att faktiskt kunna arbeta med en klass av reaktioner som till stor del var underutnyttjade eftersom de bara är hemska att arbeta med, " sa Levin. "Men mer allmänt sett, vi hoppas att det representerar en transformation i att tänka på hur du optimerar en molekyl."