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诺贝尔化学奖昨天颁出这次又跨界了

发布时间:2018-10-04来源:钱江晚报作者:章咪佳 朱心宇浏览次数:174

  瑞典斯德哥尔摩当地时间10月3日中午11时46分(北京时间17时46分),瑞典皇家科学院秘书长宣布:

  2018年诺贝尔化学奖一半颁给美国科学家弗朗西斯·阿诺德(Frances H Arnold),奖励她实现了酶的定向演化;另一半颁发给美国科学家乔治·史密斯(George P Smith)和英国科学家格雷格·保罗·温特(Gregory Paul Winter),奖励他们实现了多肽和抗体的噬菌体呈现技术。

  可能有人会问,这是不是颁给了两个不同的重要研究发现?

  看起来似乎没有关联,但其实他们的发现却有一个共同的特点,正如诺贝尔官网上所说“他们利用了进化的力量”,并使用相同的原理“遗传变化和选择”来开发解决人类化学问题的蛋白质。


这位女科学家是个传奇

  皇家科学院在宣布今年诺奖化学奖获奖者后,连线了弗朗西斯·阿诺德教授,这位美国女科学家是诺奖118年历史上第五位女性化学奖得主。

  可是由于线路的问题,激动的阿诺德教授还没来得及回答第一个记者的提问,就已经断线。我们无法了解太多。

  不过随后,浙江大学数学系蔡天新教授发了一条朋友圈,介绍了阿诺德教授非常传奇的人生——

  1956年出生于匹兹堡郊外;12岁时步行去华盛顿抗议越战;中学时即独立生活;曾在爵士吧做鸡尾酒女招待和出租车司机;结过两次婚,生了三个儿子;做过乳腺癌切除手术。

  八卦至此。来看看女教授同样很厉害的研究——三个人分奖金,她一个人得一半,可见一斑。

  今年她的两项研究,灵感都源自大自然中生命体的进化。

  浙江大学药物生物技术研究所所长、求是特聘教授李永泉先向钱报记者普及了酶的基本概念:“酶由动植物细胞产生,发挥生物催化功能。”人体内新陈代谢的一切过程,都需要酶的催化。

  “所有生物体的体内基因,一生都在不断地发生突变。变好了的物种,能够适应环境的,留下来了;反之,就被淘汰了。”

  浙江大学医学院特聘教授、附属第一医院沃森基因组科学研究院遗传与基因组医学中心主任祁鸣说,“阿诺德之前的做法,就是模仿自然界的进化,给酶做随机突变,把变好的、催化效率高的,留下来。”

  后来阿诺德进一步研究出了从分子水平定向进化酶的技术,也就是她能够根据人的需求,想让酶怎么变,就怎么变。

  变来干吗呢?

  李永泉举了个例子。2000年时,他曾经跟嘉兴的羊毛衫企业合作过一个绿色环保项目,羊毛表皮有鳞片,制成羊毛衫前必须做软化处理。以前是用化学试剂,污染很大。而李永泉用的办法是生物酶,这些酶对环境无害,并通常可替代有毒化学物质。


另两位得主在研究啥?

  另两位科学家控制演化的方法,是进化出新的蛋白质。

  乔治·史密斯开发了一种称为噬菌体展示的方法。

  噬菌体是一种感染细菌的病毒,体积小,以蝌蚪形多见。

  所以噬菌体是有一个脑袋的,科学家将一段DNA插入到噬菌体的头部。“那么这个脑袋露出来的时候,就和普通的噬菌体不一样了,它头上会合成指定的多肽,也就是进化出了新的蛋白质,相当于长出了一只角。”祁鸣说,这样一只多长角的头,是很容易被抗体识别的。

  史密斯意识到,这个方法可能很好用。例如,如果不知道特定基因产生了什么蛋白质,就可以把该基因放入噬菌体中,神秘蛋白质将出现在噬菌体头部并被识别。这也意味着科学家们可以将大量未知基因引入噬菌体,看看它们中间是否有任何一种产生了他们已经知道的蛋白质,从而可以确定哪些基因对哪种蛋白质负责。

  格雷格·保罗·温特就使用噬菌体展示技术,制造出了新的抗体药。第一个基于这种方法获得的抗体叫adalimumab,于2002年获得批准,它可以用于类风湿性关节炎、牛皮癣和炎症性肠疾病。从那以后,使用噬菌体展示产生的抗体被用来中和毒素,治疗自身免疫疾病和转移性癌症。


物理、生物、化学傻傻分不清楚

  今年获得诺奖化学奖的奖项,是一项化学和生命科学交叉的成果。从本世纪颁发的18次诺奖化学奖来看,其中有12次,是和生命科学交叉的奖项。另外还有多次也非纯化学领域奖项。比如,去年诺贝尔化学奖颁给了冷冻电镜技术的发明者,就被网友们戏称为,“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的研究。”

  因此,经常出现跨领域颁奖的化学奖,被网友誉为“诺贝尔理综奖”。关注诺奖的朋友就知道,化学奖颁奖的时候,生物学家、物理学家,都是和化学家一起等瑞典皇家科学院的电话的。

  老底子,不同领域科学家之间基本上彼此不相干。但诺奖委员会显然不这么认为,1908年,物理狂人卢瑟福就得了诺贝尔化学奖。而在诺贝尔化学奖颁发的105次奖项中,有42%的研究成果,属于物理、生物、农学领域。

  昨天的化学奖一颁奖,大家又热闹了:“这项成果的化学成分在哪里?”

  “我们现在看到的成果好像更多地运用在生物、物理领域,但是这些研究首先是建立在了解、利用化学物质的基础上,所以把奖项归到化学奖,也是合理的。”

  一位化学家告诉我,“比如今年的奖项,从分子水平看,生命活动本质上就是一个化学过程。生物学家其实是在用化学领域的思维,改变生命科学的研究。”

  所以,在解读历年的化学奖时,诺奖组委会的科学家也经常会提到:“生物正在转向化学,化学正在变成生物。”也就是告诉您:可别拿物理、生物不当化学。


《钱江晚报》2018年10月4日06版