用進化的力量解決化學(xué)問題解讀2018年諾貝爾化學(xué)獎成果

2019-09-06 23:10:24

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供稿：網(wǎng)友

地球的生命經(jīng)過長期進化最終獲得強大的適應(yīng)力，散布于各種嚴酷環(huán)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(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域中遇到的難題也就迎刃而解。

　　美國科學(xué)家弗朗西絲?阿諾德、喬治?史密斯以及英國科學(xué)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(xué)獎。

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

　　中國教育部長江學(xué)者特聘教授、華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院院長林章凜曾在阿諾德的實驗室擔(dān)任博士后。他接受新華社記者采訪時說，阿諾德的巨大原創(chuàng)性貢獻在于，改變原先人類希望理性設(shè)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(dāng)規(guī)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(xué)界來說，是一種哲學(xué)和方法學(xué)的巨大貢獻?！绷终聞C說。

　　阿諾德在1993年完成了首個酶的定向演化實驗，首次實現(xiàn)了她的理論。經(jīng)過多年發(fā)展，阿諾德的實驗室生成的酶已經(jīng)能夠催化那些自然界中都不存在的化學(xué)反應(yīng)，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(nèi)許多材料制作的重要工具，它在生產(chǎn)過程中能避免產(chǎn)生許多污染環(huán)境的副產(chǎn)物。

　　與阿諾德分享今年諾貝爾化學(xué)獎的史密斯則研發(fā)了一種名為噬菌體展示的新技術(shù)。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(jié)構(gòu)基因的適當(dāng)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(shù)可應(yīng)用于研究與蛋白質(zhì)相互作用的配體，以及進行蛋白質(zhì)演化等。

　　溫特將史密斯的這項技術(shù)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?；谶@種新技術(shù)開發(fā)的藥物已在2002年獲得相關(guān)批準，可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的治療。

　　諾貝爾化學(xué)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(fā)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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