Nová krystalografická metoda pomůže ve vývoji léků i rychlejších počítačů

Prohodit při obouvání levou botu za pravou je nepříjemné, ale zaměnit stejným způsobem při výrobě léčiv molekuly může být osudné – místo léku vznikne jed. Aby se tak nestalo, je potřeba přesně určit polohu atomů v molekulách. I ve velmi malých rozměrech to umožňuje metoda vyvinutá mezinárodním týmem vědců vedeným Lukášem Palatinusem z Fyzikálního ústavu AV ČR. Unikátní postup určování polohy atomů v krystalech publikoval časopis Nature Chemistry.

Rozlišit levou a pravou nohu je snadné, ale jak rozlišit dvě formy molekul, které jsou zároveň navzájem svými zrcadlovými obrazy, a přitom nejsou vidět ani nejlepším mikroskopem? Tým krystalografů z Fyzikálního ústavu AV ČR tuto otázku řeší dlouhodobě. Aktuální výsledek navazuje na desetiletí trvající předchozí výzkum a podíleli se na něm vedle kolegů ze Stockholmské univerzity zejména bývalí postdoktorandi Lukáše Palatinuse, kteří nyní působí na univerzitách v Brémách a Hannoveru.

„Kdybyste si osladili moučník sladidlem L-aspartam, bude sladký, pokud byste ale použili zrcadlově obrácenou molekulu D-aspartamu, sladkou chuť neucítíte. Určení takzvané absolutní konfigurace molekul je klíčovou součástí analýzy krystalových struktur. Nově vyvinutá metoda poskytuje prostředek, jak ji rychle a spolehlivě určit, a to i z materiálů, u nichž to dosud nebylo možné nebo to vyžadovalo mnohem složitější techniky,“ vysvětluje přínos postupu Lukáš Palatinus.

Na krystaly a krystalografické metody se plánujeme zaměřit v dalším čísle magazínu Akademie věd, které vyjde v červnu 2023.

Rychle, levně, spolehlivě
Ke zkoumání atomové struktury velmi malých krystalů, z nichž některé mají velikost mnohem menší než jeden mikrometr, vědci použili techniku zvanou trojrozměrná elektronová difrakce s kontinuální rotací. Tuto techniku spojili s přesným výpočtem efektů, které popisují chování elektronů při interakci s krystaly.

Předností této kombinace a také hlavním přínosem publikace v Nature Chemistry je, že přesné krystalové struktury včetně absolutní konfigurace získává snadněji, spolehlivěji, rychleji a levněji než jiné postupy. „Určování polohy atomů v krystalech všech druhů materiálů má zásadní význam pro náš každodenní život – ovlivňuje nejen funkci léků, ale třeba také složení pracích prášků nebo vývoj nových součástek pro počítače,“ říká Lukáš Palatinus.

Pomocí metody elektronové difrakce se týmu Lukáše Palatinuse podařilo určit pozice nejlehčích existujících atomů – atomů vodíku. O úspěchu psal v lednu 2017 časopis Science (a dostal se přímo na titulní stranu).

Vyvinutou metodu si tým vědců nechal patentovat v Evropě, ale i ve Spojených státech a Číně, zatímco vytvořený software mohou akademické instituce využívat zdarma. Zájem o koupi softwaru a licenci k patentu projevuje i soukromý sektor, pořídit si ho chtějí především farmaceutické firmy, kterým pomůže určit absolutní konfiguraci například u přírodních produktů při výrobě nových léků. Pomůže zabránit podobným katastrofám způsobeným rozdíly v účincích zrcadlově převrácených molekul, jako byl například případ léku Contergan, který způsobil vývojové vady u novorozenců matek, jež lék v těhotenství užívaly.

Lukáš Palatinus obdržel v roce 2017 Cenu Neuron. Podívejte se na medailonek, ve kterém představuje svou cestu ke krystalografii:

Text: Leona Matušková ve spolupráci s Petrou Köppl z Fyzikálního ústavu AV ČR
Foto: Shutterstock

Přečtěte si také

• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika
• Tuk je možné vydolovat i z tisíce let staré keramiky, říká Veronika Brychová
• Svérázná říše umělé inteligence. Máme se jako lidstvo bát, nebo být nadšení?
• Přelomové datování. První lidé přišli do Evropy už před 1,4 milionu let
• Přitažlivá nepřitažlivost. Vědci experimentálně potvrdili novou formu magnetismu
• Krása neviditelného krystalu. Jak se zkoumá skrytý svět atomů a molekul
• Planetky neboli asteroidy: jak pomáhají vědcům při dobývání a výzkumu vesmíru
• Dva bratři Jungwirthové, dva prestižní evropské granty ve výši 120 milionů korun
• Budoucnost energetiky: malé modulární reaktory jako zdroj čistší energie