2018 年諾貝爾化學獎駕馭進化研蛋白質製藥

綜合報導,瑞典皇家科學院當地時間3日,2018年度諾貝爾化學獎揭曉。來自美國的弗朗西斯‧阿諾德(FrancesH.Arnold)、美國的喬治‧史密斯(GeorgeP.Smith)和英國的格雷戈里‧溫特(SirGregoryP.Winter)分享該獎項。
2018年度諾貝爾化學獎3名得獎者。(圖源:互聯網)
2018年度諾貝爾化學獎3名得獎者。(圖源:互聯網)
據諾貝爾化學獎評選委員會介紹,今年獲獎的研究成果主要涉及對蛋白質演化的控制,獲獎者利用了遺傳變異和選擇,開發出人類所需要的蛋白質。

根據瑞典皇家科學院當天發佈的聲明,弗朗西絲‧阿諾德因研究霉的定向進化而分享一半獎金。1993年,她第一次進行了霉(也即催化化學反應的蛋白質)的定向演化。後來她所改良的方法,如今已經日常用於新催化劑的開發。阿諾德的霉可以用於更加環保地製造化學產品,還能生產可再生的燃料,讓交通運輸更加綠色環保。

喬治‧史密斯和格雷格里‧溫特則因研究縮氨酸和抗體的噬菌體展示技術而共用另一半獎金。1985年,喬治‧史密斯發展出了一種名叫“噬菌體呈現”的技術,讓噬菌體(即能夠感染細菌的病毒)能被用來演化出新的蛋白質。溫特把噬菌體呈現用於抗體的定向演化上,目標是製造新的藥物。第一個基於這種方法創造出來的藥物“阿達木單抗”被用於風濕性關節炎、銀屑病和炎症性腸病。如今,噬菌體呈現所生產的抗體已經能中和毒素,對抗自體免疫病,甚至治療轉移的癌症。

弗朗西斯‧阿諾德1956年出生於美國匹茲堡,現為加州理工學院教授。她首次進行了霉的定向進化,這些霉是催化化學反應的蛋白質。通過定向進化產生的霉被用於製造從生物燃料到藥物的所有產品。定向進化還可以讓產品製造更環保,包括藥品、生物燃料甚至牛仔褲的製造。這些霉對環境無害,並通常可替代有毒化學物質。

2017年以來,阿諾德及其同事正在使用定向進化來使細菌產生硅碳鍵。在這之前,只有化學家做出過硅碳鍵。研究表明,細菌可以迅速適應新環境,生產出新的化學類型。更重要的是,該發現能以更環保的方式製造具有硅碳鍵的產品:從潤滑劑到藥品。阿諾德曾在接受採訪時表示,“進化是世界上最強大的工程方法,我們應該利用它來尋找解決問題的新的生物解決方案。”

喬治‧史密斯,1941年出生於美國諾沃克。密蘇里大學榮休教授。他開發了一種稱為噬菌體展示的方法,其中噬菌體--一種感染細菌的病毒--可用於進化新蛋白質。噬菌體展示是研究蛋白質-蛋白質,蛋白質-肽和蛋白質-DNA相互作用的實驗室技術,它使用噬菌體(感染細菌的病毒)將蛋白質與編碼它們的遺傳信息聯繫起來。
在該技術中,將編碼目的蛋白質的基因插入噬菌體外殼蛋白基因中,使噬菌體在其外部“展示”蛋白質,同時在其內部含有蛋白質基因,導致基因型和表型之間的聯繫。然後可以針對其他蛋白質,肽或DNA序列篩選這些展示噬菌體,以檢測展示的蛋白質與那些其他分子之間的相互作用。通過這種方式,可以在稱為體外選擇的過程中篩選和擴增大的蛋白質文庫,這類似於自然選擇。

格雷格‧保羅‧溫特,英國的生物化學家,1951年出生於萊徹斯特,溫特的主要研究重點是遺傳和蛋白質工程。在他的早期研究中,Greg有個有趣的想法,所有的抗體都具有相同基本結構,而結構中只有很小的變化使它們對靶標具有特異性。他開創了人源化抗體的技術,從而為癌症、類風濕性關節炎和多發性硬化症等疾病提供治療性抗體。溫特使用噬菌體展示來進行抗體的進化,目標是產生新的抗體藥。第一個基於這種方法獲得的抗體adalimumab,於2002年批准用於類風濕性關節炎,牛皮癬和炎症性腸疾病。從那以後,使用噬菌體展示產生的抗體被用來中和毒素,治療自身免疫疾病和轉移性癌症◆

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