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瑞典皇家科學院昨天宣佈，將2018年諾貝爾化學獎授予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裏·溫特。他們基於相同理念，在實驗室模擬自然進化，通過不同途徑釋放進化的力量，造福了全人類。

阿諾德就職於加州理工學院，是一位女性科學家。她的巨大成就在於“生物酶蛋白引導進化研究”。華東理工大學博士生導師、魯華生物技術研究所所長魏東芝教授解讀道，這項研究簡單說，就是誘導生物酶產生基因突變，並在特定的條件下對突變體進行功能驗證。隨後她會選擇證實有效的特定突變，讓生物酶能夠在之前所設定的特殊環境中發揮既定的作用。

那麼，生物酶的突變帶來了什麼呢？魏東芝打了比方，藥品的傳統生產模式，通常要經過從A到Z，26個字母般艱難複雜的過程，期間消耗巨大，而通過阿諾德的方法，所獲得的酶可直接從A獲得Z，中國有句成語叫“一蹴而就”，就是這個意思，不僅節約了資源，而且極大地降低了生產成本。

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。阿諾德並沒有把希望寄託在傳統化學方法上，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，具有反應條件溫和，催化效率高，底物專一性強等優勢。

阿諾德的學生、華南理工大學生物科學與工程學院院長林章凜表示，阿諾德的巨大原創性貢獻在於，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。

“這對於生物化學界來說，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，從而製造出全新材料。她的這些“量身定製”酶如今已是包括藥物在內許多材料製作的重要工具，它在生產過程中能避免產生許多污染環境的副產物。而且，現在有許多科學家正沿着阿諾德的腳步繼續探索酶的定向演化。魏東芝教授就是其中之一。

三年前，魏東芝團隊打破生物化學領域“一種酶專一地催化一種化合物”的“經典說法”，利用獨創的定向催化技術，把小細胞變成大的催化工廠。如今，據此技術生產的國產糖尿病藥物及相關保健品均已上市，價格較之進口藥物更低，生產工藝也更加高效環保。魏東芝透露，從鑽研細胞中每一種酶的功能改造方法，到建立起涵蓋近千種酶的數據庫，團隊花了20多年。“現在我們的實驗室已成爲一個生物催化技術平臺，企業提需求，團隊按需攻關，也就是讓酶實現一次次的進化。”

與阿諾德的思路一樣，另外兩位科學家同樣在“催生”進化中取得突破。史密斯研發了一種名爲噬菌體展示的新技術。噬菌體是一種能夠感染細菌的病毒，欺騙細菌複製。史密斯對噬菌體進行了基因編輯，這樣可以使特定的蛋白質展示在其表面。當很多個不同的蛋白質分別展示在噬菌體表面後，就形成了一個噬菌體展示庫。而用特定的靶向蛋白對該噬菌體庫進行篩查時，就可選擇性地獲得與其有相互作用的某個特定的噬菌體，從而獲得其表面所展示的蛋白質的相關信息，並對其進行相應的生物學功能研究。溫特將史密斯的這項技術用於抗體的定向演化，以便提升它們在疾病治療方面的一些特性。基於這種新技術開發的藥物已在2002年獲得相關批准，爲癌症、自身免疫系統疾病等疾病的治療帶來了新的療法。

魏東芝表示，通過三位科學家的貢獻，藉助進化的力量，人類在化工、醫學等衆多領域中遇到的難題迎刃而解。現在世界上許多暢銷藥品問世都有他們的一份功勞。他們的努力，也爲後來者提供了渠道。

新民晚報記者 張炯強

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