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今年的诺贝尔化学奖得主们受到进化现象的启迪

作者:admin  发布时间:2018-10-04  查看:次  【

  诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱,诺贝尔化学奖旨在颁给化学方面有重要发现和取得重大成果的人。
 
  与诺贝尔设立的其他奖项一样,诺贝尔化学奖从1901年开始颁发,在没有评出化学方面重大成果的年份则空缺奖项。直至2017年,诺贝尔化学奖出现过8次空缺,共计颁发109次,其中63次获奖人数为1人,而获奖人数为2人和3人的次数都是23次。
 
  诺贝尔化学奖得主共计177人,其中英国科学家弗雷德里克·桑格凭借基因测序技术两次获得这项殊荣。
 
  从年龄上来看,诺贝尔化学奖得主获奖时的平均年龄为58岁,其中最年长者是85岁获奖的美国科学家约翰·芬恩,他因发明对生物大分子进行识别和结构分析的方法于2002年获奖;最年轻的是1935年获奖的法国科学家弗雷德里奥·约里奥,时年35岁,他与夫人伊雷娜·约里奥—居里共同获奖,而这对“科研夫妻档”就是著名的居里夫妇的女婿和女儿。
 
  由于诺贝尔提名人选的保密期为50年,现阶段公众只能看到1901年至1966年的奖项提名资料。在这期间,诺贝尔化学奖的总提名人数为2931人,在诺贝尔自然科学类奖项中“陪跑”人数居中。
 
  从历年诺贝尔化学奖得主名单中不难看出,诺贝尔化学奖“混搭”明显,与其他自然科学领域并没有明显的界线。不少人的获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此诺贝尔化学奖也被调侃为“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。2018年诺贝尔化学奖授予 Frances H.Arnold、George P.Smith、Sir Gregory P.Winter三人共同获得。2018年诺贝尔化学奖的一半奖金授予美国科学家Frances H Arnold,奖励她的工作实现了酶的定向进化;另一半奖金则有美国科学家George Smith以及英国科学家Sir Gregory P Winter分享,他们的成就是肽类和抗体的噬菌体展示技术。
 
  2018年诺贝尔化学奖得主之一弗朗西丝·阿诺德(Frances H.Arnold)首次实现了酶的定向进化。酶是一类能够催化化学反应的特殊蛋白质。通过定向进化制造的酶可用于生产包括生物燃料和药品在内的多种产品。
 
  乔治·史密斯(George P.Smith)研发了一种名叫噬菌体展示的技术,可利用噬菌体(一种能感染细菌的病毒)培育新型蛋白质。
 
  格雷戈里·温特爵士(Sir Gregory P.Winter)利用噬菌体展示技术发明了新药。利用该技术生产的抗体能够中和毒素、对抗自体免疫疾病、治愈转移性癌症等等。
 
  今年诺贝尔化学奖得主的主要贡献是进化控制,以及使用进化变化和选择的相同原理,开发设计解决人类化学问题的蛋白质。2018诺贝尔化学奖得主们发明的方法正在全球范围内得到运用,有助于打造更绿色环保的化工产业、生产新材料、制造可持续的生物燃料、以及治病救人等等。
 
  生命的多样性展示了进化的力量。2018年诺贝尔化学奖的得主们对进化进行控制,使其服务于人类的最大福祉。 通过定向进化产生的酶被应用于各种领域,从生物燃料到制药产业。通过噬菌体展示技术产生的抗体能够对抗自身免疫疾病,甚至在某些情况下可以治愈转移性肿瘤。自从大约37亿年前地球上最早的生命诞生以来,世界上的几乎每一个角落都被各类不同的有机体占据。在热泉之中,在深邃的洋底,在干燥的荒漠都可以找到生命的踪迹,而生命之所以能够做到这些,皆是因为进化的过程中解决了一系列的化学问题。
 
  生命的化学工具——蛋白质,被不断优化,改变和更新,孕育出无与伦比的多样性。今年的诺贝尔化学奖得主们受到进化现象的启迪,并使用与进化同样的原理——基因突变与选择,产生出特定的蛋白质,以解决人类面临的一些化学问题。今年化学奖的一半奖金授予弗朗西丝?阿诺德。在1993年,她实现了首次酶的定向进化,这是一种对化学反应具有催化作用的特殊蛋白质。自那以后,她不断完善这项技术,并在今天被广泛应用于对新型酶的开发过程之中。
 
  弗朗西丝?阿诺德开发的酶的应用包括发展更加环保的化学物质生产方式,如制药工业,以及更再生燃料,造福更加绿色的交通出行。
 
  今年诺贝尔化学奖的另一半奖金授予美国科学家乔治?史密斯以及英国科学家格雷戈里?温特爵士。在1985年,乔治·史密斯开发出一种精妙的,被称作噬菌体展示的技术,这项技术可以让一种可以感染细菌的病毒,即噬菌体来帮助产生新的蛋白质。
 
  格雷戈里?温特将这项技术应用于抗体的定向进化,其目的是产生新的药物。他成功了。采用这项技术制造的第一种药物是“阿达木单抗” (adalimumab),在2002年被正式批准,用于对类风湿性关节炎,牛皮癣以及炎症性肠道疾病的治疗。
 
  自那以后,噬菌体展示技术还帮助产生出能够中和毒性物质,对抗自身免疫疾病的抗体,甚至治愈转移性肿瘤。我们正在经历定向进化技术革命的早期阶段,序幕已经拉开,这项技术将以许多不同的方式服务于全人类的最大福祉。
 
  弗朗西丝?阿诺德出生于1956年7月25日,她是美国一位科学家和工程师。她开创了定向进化方法,用于制作有用的生物系统,包括:酶、代谢途径、遗传调节回路和有机体。1979年,她在普林斯顿大学获得了机械和航空航天工程学士学位,并获得了加州大学伯克利分校化学工程博士学位。在1986年来到加州理工学院之前,她取得了生物物理化学博士后学位。
 
  阿诺德在加州理工学院的研究领域是绿色化学和替代能源,其中包括:开发高活性酶(纤维素分解和生物合成酶)和微生物,将可再生生物质转化为燃料和化学物质。2016年,她成为获得“千禧技术奖”的首位女性。
 
  乔治·史密斯出生于1941年,他是美国一位化学家,在密苏里大学哥伦比亚分校担任教授。
 
  他的主要贡献是研制一种叫做噬菌体展示的实验室技术,使用噬菌体(感染细菌和病毒)与蛋白质连接在一起,研究蛋白质-蛋白质、蛋白质-肽、蛋白质-DNA交互作用,从而提供编码它们的基因信息。在这项技术中,一种编码蛋白质的基因被插入到带外壳蛋白的噬菌体中,导致噬菌体“展示”其外部的蛋白质,同时“展示”包含蛋白质内部的基因,从而证实基因型和表现型之间的联系。这些展示的噬菌体可以与其它蛋白质、多肽或者DNA序列进行筛选,从而检测展示的蛋白质和其它分子之间的相互作用。通过这种方式,大量蛋白质数据库可以在一个叫做“体外选择”的过程中进行筛选和放大,这类似于自然选择过程。
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