女性的勝利：「進化」的諾貝爾化學獎

　　2018-10-03 19:12:16　來源: 知識分子

　　編者按：五分鐘前，瑞典科學院宣布，2018年諾貝爾化學獎將一半授予美國加州理工學院的Frances H. Arnold，以表彰其使「酶定向進化」；另一半授予美國科學家George P. Smith和英國科學家Gregory Paul Winter爵士，以表彰其「用於肽和抗體的噬菌體展示」。

　　Frances H. Arnold是諾獎118年歷史上第五位女性化學獎得主。第一次是1911年居里夫人、第二次是1935年居里夫人的長女、第三次是1964年英國結構學家、第四次是以色列結構生物學家。

　　

　　2018年諾貝爾化學獎將一半授予Frances H. Arnold，因為她使「酶進行定向進化」，另一半授予George P. Smith和Gregory P. Winter爵士，因為他們完成對「肽和抗體的噬菌體展示」。

　　2018年諾貝爾獎得主所開發的方法現在正在國際上發展，以促進更環保的化學工業，生產新材料，製造可持續生物燃料，減輕疾病和拯救生命。

　　今年的化學獎獲得者已經控制了進化，並使用相同的原理——遺傳變化和選擇 ——來開發解決人類化學問題的蛋白質。

　　弗朗西斯·阿諾德（Frances Arnold）1956年出生於美國匹茲堡，現為加州理工學院教授。她首次進行了酶的定向進化，這些酶是催化化學反應的蛋白質。通過定向進化產生的酶被用於製造從生物燃料到藥物的所有產品。

　　在20世紀90年代早期，阿諾德開創了所謂的「定向進化」方法，用於設計新的和更好的酶。該項技術讓生物酶在實驗室中「繁殖」，以獲得研究人員期望的性狀。該方法生產出的酶，被廣泛地用於製造消費品和醫學診斷。

　　定向進化還可以讓產品製造更環保，包括藥品、生物燃料甚至牛仔褲的製造。這些酶對環境無害，並通常可替代有毒化學物質。

　　「進化是世界上最強大的工程方法，我們應該利用它來尋找解決問題的新的生物解決方案，」阿諾德在2017年接受加州理工學院校報採訪時說。

　　2017年以來，阿諾德及其同事正在使用定向進化來使細菌產生硅碳鍵。在這之前，只有化學家做出過硅碳鍵。研究表明，細菌可以迅速適應新環境，生產出新的化學類型。更重要的是，該發現能以更環保的方式製造具有硅—碳鍵的產品：從潤滑劑到藥品。

　　2016年，阿諾德成為第一位獲得芬蘭科技學院頒發的「千禧技術獎」（Millennium Technology Prize）的女性。她是第一位獲得美國國家工程院頒發的2011年「查爾斯·斯塔克·德雷珀獎」的女性。阿諾德也是第一位被選入美國國家科學院所有三個分支的女性 ：美國國家工程院（2000年）和國家科學院（2008年）。

　　阿諾德於2014年入選國家發明家名人堂，並於2013年獲得國家技術與創新獎。她最近獲得了美國國家科學院頒發的2017年薩克勒獎。

　　阿諾德於1979年獲得普林斯頓大學機械和航空航天工程學士學位，1985年獲得加州大學伯克利分校化學工程研究生學位。她於1986年作為訪問助理到達加州理工學院，並於1987年成為助理教授，1992年獲得副教授。 她於1996年任教授，2000年成為化學工程，生物工程和生物化學Dick&Barbara Dickinson教授。她於2013年成為加州理工學院Donna和Benjamin M. Rosen生物工程中心的主任。

　　喬治·史密斯（George P. Smith），1941年出生於美國諾沃克。1970年於哈佛大學獲博士學位。密蘇里大學榮休教授。

　　喬治·史密斯開發了一種稱為噬菌體展示的方法，其中噬菌體——一種感染細菌的病毒——可用於進化新蛋白質。

　　噬菌體展示是研究蛋白質-蛋白質，蛋白質-肽和蛋白質-DNA相互作用的實驗室技術，它使用噬菌體（感染細菌的病毒）將蛋白質與編碼它們的遺傳信息聯繫起來。在該技術中，將編碼目的蛋白質的基因插入噬菌體外殼蛋白基因中，使噬菌體在其外部「展示」蛋白質，同時在其內部含有蛋白質基因，導致基因型和表型之間的聯繫。然後可以針對其他蛋白質，肽或DNA序列篩選這些展示噬菌體，以檢測展示的蛋白質與那些其他分子之間的相互作用。通過這種方式，可以在稱為體外選擇的過程中篩選和擴增大的蛋白質文庫，這類似於自然選擇。

　　格雷格·保羅·溫特 ( Gregory Paul Winter)，英國的生物化學家，1951年出生於萊徹斯特，現為MRC分子生物學研究所所長。1973年畢業於劍橋大學三一學院，1976年獲得劍橋大學博士學位，曾獲得MRC Millennium Medal，Royal Medal，Knight稱號等榮譽。

　　溫特的主要研究重點是遺傳和蛋白質工程。在他的早期研究中，Greg有個有趣的想法，所有的抗體都具有相同基本結構，而結構中只有很小的變化使它們對靶標具有特異性。他開創了人源化抗體的技術，從而為癌症、類風濕性關節炎和多發性硬化症等疾病提供治療性抗體。

　　溫特使用噬菌體展示來進行抗體的進化，目標是產生新的抗體葯。第一個基於這種方法獲得的抗體adalimumab，於2002年批准用於類風濕性關節炎，牛皮癬和炎症性腸疾病。從那以後，使用噬菌體展示產生的抗體被用來中和毒素，治療自身免疫疾病和轉移性癌症。

　　他已經建立了非常成功的衍生公司，包括：Cambridge Antibody Technology（被AstraZeneca收購），Domantis（被GlaxoSmithKline收購）和Bicycle Therapeutics。

　　溫特是劍橋大學三一學院的成員，自2012年以來一直擔任三一學院的導師。他於1987年被選為歐洲分子生物學會的成員，1990年被選為皇家學會會員，2006年被選為醫學科學院院士。他還是許多其他專業組織的研究員或榮譽院士。他還獲得了無數獎項和獎章，並於2004年獲得了分子生物學的騎士勳章。