解读2018诺贝尔化学奖:用进化的力量解决化学问题

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2018-10-04

来源标题:地球的生命经过长期进化最终获得强大的适应力,散布于各种严酷环境,包括热温泉、深海以及沙漠等。 如果能够借助进化的力量,我们在化工、医学等众多领域中遇到的难题也就迎刃而解。 美国科学家弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯以及英国科学家格雷戈里·温特正是基于相同理念,在实验室模拟自然进化,通过不同途径释放进化的力量,获得了瞩目成果,他们也因此被授予2018年诺贝尔化学奖。 在全球发展清洁能源的过程中,成本与高效、清洁一直存在矛盾,传统的方法已很难适应发展,需要研究人员找到新方法来实现这一目标。 阿诺德并没有把希望寄托在传统化学方法上,而是将目光投向了酶。

酶是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA,是一类重要的生物催化剂。 中国教育部长江学者特聘教授、华南理工大学生物科学与工程学院院长林章凛曾在阿诺德的实验室担任博士后。

他接受新华社记者采访时说,阿诺德的巨大原创性贡献在于,改变原先人类希望理性设计生物分子的想法,提出在实验室中模拟自然界的自然进化,通过随机突变、随机杂交,再加以适当规模的筛选或者选择,来进化出新的生物分子。

这对于生物化学界来说,是一种哲学和方法学的巨大贡献。 林章凛说。 阿诺德在1993年完成了首个酶的定向演化实验,首次实现了她的理论。

经过多年发展,阿诺德的实验室生成的酶已经能够催化那些自然界中都不存在的化学反应,从而制造出全新材料。 她的这些量身定制酶如今已是包括药物在内许多材料制作的重要工具,它在生产过程中能避免产生许多污染环境的副产物。 与阿诺德分享今年诺贝尔化学奖的史密斯则研发了一种名为噬菌体展示的新技术。

他利用了一种能感染细菌的病毒噬菌体,将外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置,使外源基因随外壳蛋白的表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面。 这种技术可应用于研究与蛋白质相互作用的配体,以及进行蛋白质演化等。 温特将史密斯的这项技术用于抗体的定向演化,以便提升它们在疾病治疗方面的一些特性。

基于这种新技术开发的药物已在2002年获得相关批准,可用于类风湿性关节炎等疾病的治疗。

诺贝尔化学奖评选委员会成员彼得·绍姆福伊接受新华社记者采访时说,基于史密斯和温特研究成果开发出的全新抗体能够有效用于人体,如今许多畅销药品问世都有他们的功劳。