Muitas moléculas biológicas existem como "diaestereômeros" — moléculas que possuem a mesma estrutura química, mas diferentes arranjos espaciais de seus átomos. Em alguns casos, essas pequenas diferenças estruturais podem levar a alterações significativas nas funções ou propriedades químicas das moléculas.

Por exemplo, o medicamento contra o câncer doxorrubicina pode ter efeitos colaterais prejudiciais ao coração em uma pequena porcentagem de pacientes. No entanto, um diaestereômero do medicamento, conhecido como epirrubicina, que possui um único grupo álcool que aponta para uma direção diferente, é muito menos tóxico para as células cardíacas.

“Há muitos exemplos como esse na química medicinal, onde algo que parece pequeno, como a posição de um único átomo no espaço, pode na verdade ser muito profundo”, diz Alison Wendlandt, professora associada de química no MIT.

O laboratório de Wendlandt concentra-se em desenvolver novas ferramentas que possam converter essas moléculas em diferentes formas. Seu grupo também está trabalhando em ferramentas semelhantes que podem transformar uma molécula em um isômero constitucional diferente — uma molécula que tem um átomo ou grupo químico localizado em um ponto diferente, mesmo tendo a mesma fórmula química da molécula original.

“Se você tivesse uma molécula alvo e precisasse criá-la sem essa ferramenta, teria que voltar ao início e criar a molécula inteira novamente para chegar à estrutura final desejada”, diz Wendlandt.

Essas ferramentas também podem ser usadas para criar moléculas inteiramente novas que podem ser difíceis ou até impossíveis de construir usando técnicas tradicionais de síntese química.

Filha de dois geólogos, Wendlandt se viu imersa na ciência desde muito jovem. Seus pais trabalhavam na Escola de Minas do Colorado, e as férias em família frequentemente incluíam viagens a formações geológicas interessantes.

No ensino médio, ela achou matemática mais atraente do que química e foi para a Universidade de Chicago com planos de se formar em matemática. No entanto, logo mudou de ideia, após se deparar com matemática abstrata.

"Eu era boa em cálculo e no tipo de matemática necessária para engenharia, mas quando entrei na faculdade e me deparei com topologia e geometria N-dimensional, percebi que não tinha as habilidades necessárias para matemática abstrata. A partir daí, me tornei um pouco mais aberta em relação ao que queria estudar", diz ela.

Embora ela achasse que não gostava de química, um curso de química orgânica no segundo ano a fez mudar de ideia.

"Adorei o aspecto de resolução de problemas. Tenho uma memória péssima e não consegui memorizar durante toda a aula, então tive que aprender, e foi muito divertido", diz ela.

Como estudante de química, ela começou a trabalhar em um laboratório focado em “síntese total”, uma área de pesquisa que envolve o desenvolvimento de estratégias para sintetizar uma molécula complexa, geralmente um composto natural, do zero.

Embora adorasse química orgânica, um acidente de laboratório — uma explosão que feriu um aluno e levou Wendlandt à perda temporária da audição — a fez hesitar em prosseguir com a área. Ao se candidatar a uma pós-graduação, decidiu cursar uma área diferente da química — biologia química. Estudou na Universidade de Yale por alguns anos, mas percebeu que não gostava desse tipo de química e abandonou o curso após concluir o mestrado.

Ela trabalhou em um laboratório na Universidade de Kentucky por alguns anos e depois se candidatou novamente à pós-graduação, desta vez na Universidade de Wisconsin. Lá, trabalhou em um laboratório de química orgânica, estudando reações de oxidação que poderiam ser usadas para gerar fármacos ou outros compostos úteis a partir de produtos petroquímicos.

Após concluir seu doutorado em 2015, Wendlandt foi para a Universidade Harvard para um pós-doutorado, trabalhando com o professor de química Eric Jacobsen. Lá, ela se interessou por reações químicas seletivas que geram um isômero específico e começou a estudar catalisadores capazes de realizar glicosilação — a adição de moléculas de açúcar a outras moléculas — em locais específicos.

Desde que ingressou no corpo docente do MIT em 2018, Wendlandt tem trabalhado no desenvolvimento de catalisadores que podem converter uma molécula em sua imagem espelhada ou em um isômero do original.

Em 2022, ela e seus alunos desenvolveram uma ferramenta chamada  editor estéreo , que pode alterar o arranjo de grupos químicos em torno de um átomo central conhecido como estereocentro. Esse editor consiste em dois catalisadores que trabalham juntos para primeiro adicionar energia suficiente para remover um átomo de um estereocentro e, em seguida, substituí-lo por um átomo com a orientação oposta. Essa entrada de energia vem de um fotocatalisador, que converte a luz capturada em energia.

“Se você tem uma molécula com um estereocentro existente e precisa do outro enantiômero, normalmente teria que começar do zero e produzir o outro enantiômero. Mas este novo método tenta interconvertê-los diretamente, o que nos permite pensar nas moléculas como dinâmicas”, diz Wendlandt. “Você poderia gerar qualquer tipo de estrutura tridimensional dessa molécula e, em uma etapa posterior independente, reorganizar completamente a estrutura tridimensional.”

Ela também desenvolveu ferramentas que podem converter açúcares comuns, como a glicose, em outros isômeros, incluindo alose e outros açúcares difíceis de isolar de fontes naturais, e ferramentas que podem criar novos isômeros de esteroides e álcoois. Atualmente, ela está trabalhando em maneiras de converter anéis de carbono de seis membros em anéis de sete ou oito membros, e de adicionar, subtrair ou substituir alguns dos grupos químicos ligados aos anéis.

“Estou interessada em criar ferramentas gerais que nos permitam interconverter estruturas estáticas. Então, isso pode significar pegar um determinado grupo funcional e movê-lo para outra parte da molécula, ou pegar anéis grandes e transformá-los em anéis pequenos”, diz ela. “Em vez de pensar nas moléculas que montamos como estáticas, estamos pensando nelas agora como estruturas potencialmente dinâmicas, o que pode mudar a forma como pensamos sobre a produção de moléculas orgânicas.”

Essa abordagem também abre a possibilidade de criar moléculas totalmente novas, nunca antes vistas, diz Wendlandt. Isso pode ser útil, por exemplo, para criar moléculas de fármacos que interagem com uma enzima-alvo da maneira correta.

“Há uma enorme quantidade de espaço químico ainda desconhecido, um espaço químico bizarro que simplesmente não foi criado. Isso se deve, em parte, ao fato de que talvez ninguém tenha se interessado por ele, ou porque é muito difícil criar essa coisa específica”, diz ela. “Esses tipos de ferramentas dão acesso a isômeros que talvez não sejam facilmente criados.”