用進化的力量解決化學問題解讀2018年諾貝爾化學獎成果

2019-09-06 23:10:24

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地球的生命經過長期進化最終獲得強大的適應力，散布于各種嚴酷環境，包括熱溫泉、深海以及沙漠等。如果能夠借助進化的力量，我們在化工、醫學等眾多領域中遇到的難題也就迎刃而解。

　　美國科學家弗朗西絲?阿諾德、喬治?史密斯以及英國科學家格雷戈里?溫特正是基于相同理念，在實驗室模擬自然進化，通過不同途徑釋放進化的力量，獲得了矚目成果，他們也因此被授予2018年諾貝爾化學獎。

　　在全球發展清潔能源的過程中，成本與高效、清潔一直存在矛盾，傳統的方法已很難適應發展，需要研究人員找到新方法來實現這一目標。阿諾德并沒有把希望寄托在傳統化學方法上，而是將目光投向了酶。酶是由活細胞產生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質或RNA，是一類重要的生物催化劑。

　　中國教育部長江學者特聘教授、華南理工大學生物科學與工程學院院長林章凜曾在阿諾德的實驗室擔任博士后。他接受新華社記者采訪時說，阿諾德的巨大原創性貢獻在于，改變原先人類希望理性設計生物分子的想法，提出在實驗室中模擬自然界的自然進化，通過隨機突變、隨機雜交，再加以適當規模的篩選或者選擇，來進化出新的生物分子。

　　“這對于生物化學界來說，是一種哲學和方法學的巨大貢獻。”林章凜說。

　　阿諾德在1993年完成了首個酶的定向演化實驗，首次實現了她的理論。經過多年發展，阿諾德的實驗室生成的酶已經能夠催化那些自然界中都不存在的化學反應，從而制造出全新材料。她的這些“量身定制”酶如今已是包括藥物在內許多材料制作的重要工具，它在生產過程中能避免產生許多污染環境的副產物。

　　與阿諾德分享今年諾貝爾化學獎的史密斯則研發了一種名為噬菌體展示的新技術。他利用了一種能感染細菌的病毒噬菌體，將外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌體外殼蛋白結構基因的適當位置，使外源基因隨外殼蛋白的表達而表達，同時，外源蛋白隨噬菌體的重新組裝而展示到噬菌體表面。這種技術可應用于研究與蛋白質相互作用的配體，以及進行蛋白質演化等。

　　溫特將史密斯的這項技術用于抗體的定向演化，以便提升它們在疾病治療方面的一些特性。基于這種新技術開發的藥物已在2002年獲得相關批準，可用于類風濕性關節炎等疾病的治療。

　　諾貝爾化學獎評選委員會成員彼得?紹姆福伊接受新華社記者采訪時說，基于史密斯和溫特研究成果開發出的全新抗體能夠有效用于人體，如今許多暢銷藥品問世都有他們的功勞。

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