女性的勝利:“進化”的諾貝爾化學獎
2018年10月04日10:25

  日前,瑞典科學院宣佈,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製了進化,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矽碳鍵。在這之前,只有化學家做出過矽碳鍵。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矽―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藥。第一個基於這種方法獲得的抗體adalimumab,於2002年批準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。

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