Een onderzoeksteam van de Universiteit van Tokyo heeft op reproduceerbare wijze trapachtige supramoleculen met een enkele handigheid gesynthetiseerd, of chiraliteit, met behulp van standaard laboratoriumapparatuur. Door het oplosmiddel geleidelijk te verwijderen uit een roterende oplossing die niet-chirale voorlopers bevat, ze waren in staat om helixen te produceren die bij voorkeur in een bepaalde richting draaien. Dit onderzoek kan leiden tot nieuwe en goedkopere productiemethoden voor geneesmiddelen, en om eindelijk een van de slepende dilemma's aan te pakken over hoe het leven begon.

Een van de meest opvallende kenmerken van de moleculen die het belangrijkst zijn voor het leven, waaronder DNA, eiwitten, en suikers - is dat ze een "handigheid, "chiraliteit genoemd. Dat wil zeggen, alle levende organismen kozen ervoor om op één molecuul te vertrouwen, terwijl het niet-superponeerbare spiegelbeeld niets doet. Dit is een beetje zoals het bezitten van een hond die alleen je linkshandige handschoenen zal halen, terwijl de rechtshandigen volledig worden genegeerd. Het wordt nog raadselachtiger als je bedenkt dat chirale paren zich chemisch identiek gedragen. Dit maakt het extreem moeilijk om slechts één soort chiraal molecuul te produceren wanneer men begint met niet-chirale voorlopers.

Hoe en waarom het vroege leven het ene type handigheid verkoos boven het andere is een belangrijke vraag in de biologie, en wordt soms "de kwestie van homochiraliteit" genoemd. Een hypothese is dat een vroege onbalans de symmetrie tussen links- en rechtshandige moleculen heeft verbroken, en deze verandering was in de loop van de evolutionaire tijd "opgesloten". Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben aangetoond dat, onder de juiste voorwaarden, macroscopische rotatie kan leiden tot de vorming van supramoleculen met een bepaalde chiraliteit.

Dit gebeurde met behulp van een rotatieverdamper, een standaardapparaat in chemielaboratoria dat wordt gebruikt voor het concentreren van oplossingen door het oplosmiddel voorzichtig te verwijderen. "Vroeger werd aangenomen dat macroscopische rotatie geen moleculaire chiraliteit op nanoschaal kon veroorzaken, vanwege het verschil in schaal, maar we hebben aangetoond dat de chiraliteit van de moleculen inderdaad gefixeerd kan worden in de draairichting, ", zegt eerste auteur Mizuki Kuroha.

Volgens haar theorie sommige oude biomoleculen gevangen in een oervortex zijn verantwoordelijk voor de keuze van handigheid die we vandaag de dag hebben.

"Deze resultaten geven niet alleen inzicht in de oorsprong van de homochiraliteit van het leven, ze vertegenwoordigen ook een baanbrekende blik in de combinatie van moleculaire chemie op nanoschaal en macroscopische vloeistofdynamica, ", zegt senior auteur Kazuyuki Ishii. Dit onderzoek kan ook nieuwe syntheseroutes mogelijk maken voor chirale geneesmiddelen die geen chirale moleculen als input nodig hebben.