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美英三学者“驾驭进化”夺诺贝尔化学奖

星岛环球网消息:大公报讯 据诺贝尔奖官网、新华社、“中央社”报道,生物之所以能存续,是因为进化解决了无数复杂的化学问题,而如今有人已能做到通过控制蛋白质进化过程,达到人类所期望的结果。瑞典皇家科学院3日宣布,将2018年诺贝尔化学奖授予美国科学家弗朗西丝.阿诺德,以及乔治.史密斯和英国科学家格雷戈里.温特,以表彰他们在酶的定向演化,以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果,并称他们“驾驭了进化”。

今年诺贝尔化学奖奖金共900万瑞典克朗(约780万港元),其中加州理工学院教授阿诺德获得一半,而密苏里大学教授史密斯和英国剑桥MRC分子生物学实验室的温特,则平分另一半奖金。阿诺德是史上第5位诺贝尔化学奖女性得主,也是继物理学奖得主加拿大科学家斯特里克兰后,今年第2位荣获诺贝尔桂冠女性。

缩短亿年自然演化

瑞典皇家科学院表示,今年的诺贝尔化学奖得主受演化力量启发,利用遗传变异和遗传选择的原则来控制蛋白质演化,解决人类的化学问题,定向开发出人类所需要的蛋白质。其中阿诺德“透过定向演化产生的酶,被用来制造生物燃料和药品等等”。史密斯及温特则“利用噬菌体展示技术演化出的抗体,可对抗自体免疫疾病,在某些情况下甚至能治疗转移性癌症。”

阿诺德在1990年左右就提出了新理论,认为人类因为对分子体系认识不够,无法合理设计分子,所以要在试管中通过随机突变、随机杂交来模拟自然界的进化,从而设计包括酶在内的生物分子以及生物体。

酶是由活细胞产生的,具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质,因此是一类重要的生物催化剂。1993年阿诺德完成了首个酶的定向演化实验,也就是首次实现了她的理论,此后她不断完善这个方法,如今已经能日常用于新催化剂的开发。一般蛋白质的自然演化需要经过几亿年,但经由这样的生物技术,能够在试管内,很快的让蛋白质进行突变,筛选出研究人员需要的性质。

获奖成果已造福患者

基于阿诺德的研究成果,业界可以通过更环保的方式来制造化学物质,比如生产药物和可再生能源等。阿诺德的酶可以用于更加环保地制造化学产品,还能生产可再生的燃料,让交通运输更加绿色环保。

另外一名获奖者史密斯则在1985年研发出一种名为噬菌体(能够感染细菌的病毒)展示的新技术,主要原理就是将噬菌体这种能感染细菌的病毒用于新蛋白质的演化。这种方法产生的噬菌体表面将含有大量不同的蛋白质,科学家们将可以使用抗体作为“钓鈎”,从中“钓”出不同的已知蛋白质。抗体的作用有点像是精确制导弹药,在数十万的不同蛋白质中识别并与特定蛋白质相结合,精确度极高。

随后,温特把噬菌体呈现用于抗体的定向演化上,以制造新的药物。第一个基于这种方法创造出来的药物“阿达木单抗”已获得相关批准,被用于风湿性关节炎、银屑病和炎症性肠病。如今,噬菌体呈现所生产的抗体已经能中和毒素,对抗自体免疫病,甚至治疗转移的癌症。

生命科学时代师法自然

自2000年来,诺贝尔化学奖共颁发19次,包括本次一共有14项获奖研究都与生命科技有关。中大医学院王国平在接受记者采访时表示,当下是生命科学的时代,而此时代最好的老师则是自然本身。

在以往,人类往往都是通过观察自然界与生物界,然后对其种种现象进行模仿,再将成果理论化,运用于实践当中。例如,人类发现自然界中的生物更多地具有流线型外形,它们的所受到的水与风的阻力也更小,因此舍弃了方方正正的汽车设计,师法自然,改用流线型设计。这是过去人类典型的学习与运用思维模式。

然而,本次的获奖结果却一反这样的思路,从最后一环入手,直接定向筛选所需要的产物。例如,人类需要一种具有更高反应效率的酶,于是引入随机突变,通过结果进行筛选,发现所需要的酶。而如目的已达到,也毋须再耗费大量精力探索此种酶为何具有如此巨大的效力。

最初,阿诺德也像其他很多80年代末的科学家一样,试图通过重新搭建酶的结构来赋予它们新的性质。但酶的分子结构极为复杂,即使利用目前的化学知识和计算机,也很难对其分子结构进行破解和重建。因此在90年代初,阿诺德放弃了这种方法,决定在大自然最优化化学反应的方法─进化中寻求灵感,通过在试管进行随机突变来模拟自然界的进化,从而设计包括酶在内的生物分子以及生物体。记者林森

化学奖知多啲

诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。1895年,诺贝尔立遗嘱设立诺贝尔奖时把化学奖放在了第二位,仅次于物理奖。

化学奖从1901年开始颁发,截至2018年,诺贝尔化学奖出现过8次空缺,共计颁发109次,得奖者共计177人。1935年获奖的法国科学家弗雷德里奥.约里奥,时年35岁,是最年轻的获奖者。他的夫人伊雷娜.约里奥-居里也共同获奖,而这对夫妻档也正是着名的居里夫妇的女婿和女儿。

化学奖“混搭”明显,与其他自然科学领域并没有明显的界线,因此也被调侃为“理科综合奖”,还曾出现过“诺贝尔化学奖颁给物理学家、以奖励他们的成果有益于生物学家”之类的情况。

化学奖和人们日常生活息息相关。1974年,美国化学家谢伍德罗兰德首先发现了臭氧层被人造化学品破坏。20年后,罗兰德教授因此发现荣获诺贝尔化学奖。这一发现有人使得全球开始认识到臭氧层破坏的危害,并采取行动禁止或者减少具有破坏作用的人造化学品的使用。

大公报整理

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