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《新民晚报》:在实验室模拟自然进化造福人类

美英三位科学家分享2018年诺贝尔化学奖

  稿件来源: 新民晚报  |   作者:张炯强  |  摄影:新民晚报  |  编辑:媒体华理组  |  访问量:3649

 

■ 英国科学家格雷戈里·温特

 

■ 美国科学家乔治·史密斯

 

■ 美国科学家弗朗西丝·阿诺德

瑞典皇家科学院昨天宣布,将2018年诺贝尔化学奖授予美国科学家弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯以及英国科学家格雷戈里·温特。他们基于相同理念,在实验室模拟自然进化,通过不同途径释放进化的力量,造福了全人类。

诱导突变

阿诺德就职于加州理工学院,是一位女性科学家。她的巨大成就在于“生物酶蛋白引导进化研究”。华东理工大学博士生导师、鲁华生物技术研究所所长魏东芝教授解读道,这项研究简单说,就是诱导生物酶产生基因突变,并在特定的条件下对突变体进行功能验证。随后她会选择证实有效的特定突变,让生物酶能够在之前所设定的特殊环境中发挥既定的作用。

那么,生物酶的突变带来了什么呢?魏东芝打了比方,药品的传统生产模式,通常要经过从AZ26个字母般艰难复杂的过程,期间消耗巨大,而通过阿诺德的方法,所获得的酶可直接从A获得Z,中国有句成语叫“一蹴而就”,就是这个意思,不仅节约了资源,而且极大地降低了生产成本。

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,具有反应条件温和,催化效率高,底物专一性强等优势。

定向演化

阿诺德的学生、华南理工大学生物科学与工程学院院长林章凛表示,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。”

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。现在有许多科学家正沿着阿诺德的脚步继续探索酶的定向演化。魏东芝教授就是其中之一。

三年前,魏东芝团队打破生物化学领域“一种酶专一地催化一种化合物”的“经典说法”,利用独创的定向催化技术,把小细胞变成大的催化工厂。如今,据此技术生产的国产糖尿病药物及相关保健品均已上市,价格较之进口药物更低,生产工艺也更加高效环保。

魏东芝透露,从钻研细胞中每一种酶的功能改造方法,到建立起涵盖近千种酶的数据库,团队花了20多年。“现在我们的实验室已成为一个生物催化技术平台,企业提需求,团队按需攻关,也就是让酶实现一次次的进化。”

“催生”进化

与阿诺德的思路一样,另外两位科学家同样在“催生”进化中取得突破。史密斯研发了一种名为噬菌体展示的新技术。噬菌体是一种能够感染细菌的病毒,欺骗细菌复制。史密斯对噬菌体进行了基因编辑,这样可以使特定的蛋白质展示在其表面。当很多个不同的蛋白质分别展示在噬菌体表面后,就形成了一个噬菌体展示库。而用特定的靶向蛋白对该噬菌体库进行筛查时,就可选择性地获得与其有相互作用的某个特定的噬菌体,从而获得其表面所展示的蛋白质的相关信息,并对其进行相应的生物学功能研究。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,为癌症、自身免疫系统等疾病的治疗带来了新的疗法。

魏东芝表示,通过三位科学家的贡献,借助进化的力量,人类在化工、医学等众多领域中遇到的难题迎刃而解。现在世界上许多畅销药品问世都有他们的一份功劳。他们的努力,也为后来者提供了渠道。



  原文来源: 新民晚报  |  发表时间:2018-10-04  |  作者:张炯强
  原文链接: http://xmwb.xinmin.cn/html/2018-10/04/content_8_1.htm

发布日期:2018年10月09日20时46分
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