女性的胜利:“进化”的诺贝尔化学奖

2018-10-04 09:05 知识分子

  日前,瑞典科学院宣布,2018年诺贝尔化学奖将一半授予美国加州理工学院的Frances H. Arnold,以表彰其使“酶定向进化”;另一半授予美国科学家George P. Smith和英国科学家Gregory Paul Winter爵士,以表彰其“用于肽和抗体的噬菌体展示”。

  Frances H. Arnold是诺奖118年历史上第五位女性化学奖得主。第一次是1911年居里夫人、第二次是1935年居里夫人的长女、第三次是1964年英国结构学家、第四次是以色列结构生物学家。

  2018年诺贝尔化学奖将一半授予Frances H. Arnold,因为她使“酶进行定向进化”,另一半授予George P. Smith和Gregory P. Winter爵士,因为他们完成对“肽和抗体的噬菌体展示”。

  2018年诺贝尔奖得主所开发的方法现在正在国际上发展,以促进更环保的化学工业,生产新材料,制造可持续生物燃料,减轻疾病和拯救生命。

  今年的化学奖获得者已经控制了进化,并使用相同的原理——遗传变化和选择 ——来开发解决人类化学问题的蛋白质。

  弗朗西斯·阿诺德(Frances Arnold)1956年出生于美国匹兹堡,现为加州理工学院教授。她首次进行了酶的定向进化,这些酶是催化化学反应的蛋白质。通过定向进化产生的酶被用于制造从生物燃料到药物的所有产品。

  在20世纪90年代早期,阿诺德开创了所谓的“定向进化”方法,用于设计新的和更好的酶。该项技术让生物酶在实验室中“繁殖”,以获得研究人员期望的性状。该方法生产出的酶,被广泛地用于制造消费品和医学诊断。

  定向进化还可以让产品制造更环保,包括药品、生物燃料甚至牛仔裤的制造。这些酶对环境无害,并通常可替代有毒化学物质。

  “进化是世界上最强大的工程方法,我们应该利用它来寻找解决问题的新的生物解决方案,”阿诺德在2017年接受加州理工学院校报采访时说。

  2017年以来,阿诺德及其同事正在使用定向进化来使细菌产生硅碳键。在这之前,只有化学家做出过硅碳键。研究表明,细菌可以迅速适应新环境,生产出新的化学类型。更重要的是,该发现能以更环保的方式制造具有硅—碳键的产品:从润滑剂到药品。

  2016年,阿诺德成为第一位获得芬兰科技学院颁发的“千禧技术奖”(Millennium Technology Prize)的女性。她是第一位获得美国国家工程院颁发的2011年“查尔斯·斯塔克·德雷珀奖”的女性。阿诺德也是第一位被选入美国国家科学院所有三个分支的女性 :美国国家工程院(2000年)和国家科学院(2008年)。

  阿诺德于2014年入选国家发明家名人堂,并于2013年获得国家技术与创新奖。她最近获得了美国国家科学院颁发的2017年萨克勒奖。

  阿诺德于1979年获得普林斯顿大学机械和航空航天工程学士学位,1985年获得加州大学伯克利分校化学工程研究生学位。她于1986年作为访问助理到达加州理工学院,并于1987年成为助理教授,1992年获得副教授。 她于1996年任教授,2000年成为化学工程,生物工程和生物化学Dick&Barbara Dickinson教授。她于2013年成为加州理工学院Donna和Benjamin M. Rosen生物工程中心的主任。

  乔治·史密斯(George P. Smith),1941年出生于美国诺沃克。1970年于哈佛大学获博士学位。密苏里大学荣休教授。

  乔治·史密斯开发了一种称为噬菌体展示的方法,其中噬菌体——一种感染细菌的病毒——可用于进化新蛋白质。

  噬菌体展示是研究蛋白质-蛋白质,蛋白质-肽和蛋白质-DNA相互作用的实验室技术,它使用噬菌体(感染细菌的病毒)将蛋白质与编码它们的遗传信息联系起来。在该技术中,将编码目的蛋白质的基因插入噬菌体外壳蛋白基因中,使噬菌体在其外部“展示”蛋白质,同时在其内部含有蛋白质基因,导致基因型和表型之间的联系。然后可以针对其他蛋白质,肽或DNA序列筛选这些展示噬菌体,以检测展示的蛋白质与那些其他分子之间的相互作用。通过这种方式,可以在称为体外选择的过程中筛选和扩增大的蛋白质文库,这类似于自然选择。

  格雷格·保罗·温特 ( Gregory Paul Winter),英国的生物化学家,1951年出生于莱彻斯特,现为MRC分子生物学研究所所长。1973年毕业于剑桥大学三一学院,1976年获得剑桥大学博士学位,曾获得MRC Millennium Medal,Royal Medal,Knight称号等荣誉。

  温特的主要研究重点是遗传和蛋白质工程。在他的早期研究中,Greg有个有趣的想法,所有的抗体都具有相同基本结构,而结构中只有很小的变化使它们对靶标具有特异性。他开创了人源化抗体的技术,从而为癌症、类风湿性关节炎和多发性硬化症等疾病提供治疗性抗体。

  温特使用噬菌体展示来进行抗体的进化,目标是产生新的抗体药。第一个基于这种方法获得的抗体adalimumab,于2002年批准用于类风湿性关节炎,牛皮癣和炎症性肠疾病。从那以后,使用噬菌体展示产生的抗体被用来中和毒素,治疗自身免疫疾病和转移性癌症。

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

  温特是剑桥大学三一学院的成员,自2012年以来一直担任三一学院的导师。他于1987年被选为欧洲分子生物学会的成员,1990年被选为皇家学会会员,2006年被选为医学科学院院士。他还是许多其他专业组织的研究员或荣誉院士。他还获得了无数奖项和奖章,并于2004年获得了分子生物学的骑士勋章。

责编:连丽敏
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