作者:宗华 晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/10/3 20:55:17
选择字号:
今年的诺贝尔化学奖又被“生物化”了
基于进化的革命获2018年诺贝尔化学奖

图片来源:KAY NIETFELD/PICTURE-ALLIANCE/DPA/AP IMAGES

将进化论引入实验室的3位科学家获得了2018年诺贝尔化学奖。

美国加州理工学院的弗朗西丝•阿诺德(Frances Arnold)因其在酶(一种催化特定化学反应的蛋白质)定向进化方面的研究获得了一半奖金。从她的研究中得到的酶使人们能够开发出新的方法来生产关键的药物和更环保的生产化工产品的工艺。

美国哥伦比亚密苏里大学的乔治·史密斯(George Smith)和英国剑桥大学MRC分子生物学实验室的格雷戈里·温特(Gregory Winter)则因为在抗体定向进化方面的研究而分享了另一半奖金,抗体是免疫系统用来识别入侵者的蛋白质。他们的发现使特定抗体的大规模生产成为可能,这些抗体使治疗自身免疫性疾病、癌症和其他疾病成为可能。

“今年的诺贝尔化学奖奖励的是一场基于进化的革命。”诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫松(Claes Gustafsson)在当地时间10月3日上午说,“我们的获奖者已经在试管中应用了达尔文的原理,并利用这种方法开发出造福人类的新型化学品。”

在20世纪90年代,阿诺德是第一个展示如何使用“定向进化”生产新酶的人。她的团队从一种存在于自然界的酶开始,对其基因进行了分离编码;然后他们使用不同的技术将编译导入其基因,并将新的变异重新插入细菌中。这种细菌会产生各种各样的新酶,研究人员对他们所需要的品质作了筛选,比如快速发挥作用或是在高温以及存在某些化学物质等具有挑战性的条件下发挥作用的能力。然后,他们收集了产生所需要的酶的细菌,然后重新开始这个过程,以寻找更好的酶。

利用这种方法,研究人员产生的酶能催化在自然界中并不存在的反应。这使得开发诸如源自植物的新型燃料成为可能。这是生产无毒金属或有机溶剂的工业化学物质和新药物的全新过程。

“我可以改变被编码进DNA中的任何东西。”阿诺德在2008年曾向《科学》杂志表示,她是首位入选美国国家科学院、工程院和医学院(三院)的首位女院士,也是入选这三院的8位健在的科学家之一。“进化的运算法则适合生物学中的所有事情。其他领域就没有这样的运算法则。”

与此同时,1985年,史密斯开发出一种被称为噬菌体展示的方法。在该方法中,噬菌体(感染细菌的病毒)可被用于进化新的蛋白质。瑞典科学院在新闻稿中表示,“格雷戈里·温特将噬菌体展示用于抗体的定向进化,目标是产生新药物。”

基于该方法的首个药物——阿达木单抗(adalimumab)在2002年获批,并被用于类风湿性关节炎、银屑病和炎性肠疾病的治疗。自此以后,噬菌体展示产生了能中和毒素、对抗自体免疫性疾病以及治疗转移性癌症的抗体。

“诺奖得主利用化学加速自然生物分子的进化。它们充当了活体生物体的关键机制。这些研究人员的突破使以快于自然界上千倍的速度改良药物、燃料和其他产品成为可能。”美国化学会主席Peter Dorhout在祝贺3位获奖者的声明中表示,“这是利用化学的真正的定向进化。”

这一奖项“非常认可利用蛋白质进化来解决分子科学中广泛问题的能力。”马萨诸塞州哈佛大学化学家、进化专家戴维·刘(David Liu)说,“史密斯、温特和阿诺德为这个融合了化学、分子生物学和蛋白质科学的多学科领域做出了贡献,我向他们致敬。”

“乍一看,今年的诺贝尔化学奖似乎又被‘生物化’了。”有时似乎很难说酶或噬菌体是‘化学’方面的,但它们确实是!”澳大利亚墨尔本皇家理工大学化学家奥利弗·琼斯(Oliver Jones)在英国科学媒介中心发布的一份声明中说,“化学在我们的生活中支撑了很多东西,尽管它并不总是那么明显,所以这些发现能够得到认可非常好。”

(宗华 晋楠)

 

相关文章来源:

《科学》相关报道(英文)

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

目前已有0条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
科学家建议捕杀鹿以保护正在萎缩的杨树 巨型真菌媲美购物中心
美科学家不端行为殃及整个相关研究领域 科学家找到127亿年前的巨大原初星系团
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐