新知 物理

2018諾貝爾化學獎:控制生命多樣性展現出演化的力量

Print Friendly and PDF
撰文者:香港立場新聞 (Alan Chiu 與 Edward Ho)
發文日期:2018-10-04
點閱次數:1071
  • 2018 年諾貝爾化學獎,由 Frances H. Arnold 、 George P. Smith 與 Gregory P. Winter 爵士共同獲得,以分別表揚他們以導向演化方式製造酵素,與蛋白質及抗體噬菌體展示技術 (phage display) 的貢獻。

    諾貝爾委員會指,三位學者的研究透過生命多樣性展現出演化 (evolution) 的力量,並將之控制,為人類帶來最大的利益。 Frances H. Arnold 在 1993 年的研究首次顯示,人類可以導向演化 (directed evolution)  改變酵素,加快催化 (catalyse) 各種包括製藥、生物能等人類所需化學反應。而 George P. Smith 與 Gregory P. Winte 的研究則可將 DNA 片段插入噬菌體 (bacteriophage) 基因組,並使之與噬菌體外殼蛋白編碼基因或其他結構基因相融合,然後用該重組噬菌體侵染宿主細菌,以打擊疾病,在某些情況下可醫治自身免疫性疾病及轉移性癌症。
    DokvXsOXUAEX7gx_kiCY3_2GW3r_1200x0
    圖片來源:Noble Prize Website https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/popular-information/ (Photo credit: The Royal Swedish Academy of Science)


    演化讓地球孕育了各式各樣的生物,無論環境有多惡劣,都有生物有機會可以生存。蛋白質能讓生物作不同功能,無論是我們的免疫系統、怎樣思考,所有功能都與蛋白質息息相關。不過科學家可以怎樣研發出新蛋白質作治療,或者研究呢?
    螢幕快照 2018-10-04 上午9.13.03
    圖片來源:Noble Prize Website https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/popular-information/ (Photo credit: The Royal Swedish Academy of Science)


    得獎者 Frances H. Arnold 就被生物演化機制啟發,1993 年成功以「導向演化 (directed evolution) 」研發新蛋白質,製造成可催化化學反應的「人工」酵素 (enzyme) 。導向演化是指科學家模擬自然界的物競天擇機制,將基因置入數回突變過程,挑選,以及放大,從而製作出有理想功能的蛋白質。 此方法令之後的研究人員研發出不同化學物質,並應用於藥物研究或製造可再生燃料。
    螢幕快照 2018-10-04 上午9.13.18
    酵素( enzymes)的定向演化的基本原理。經過幾個定向進化循環後,酵素的有效性可能會高出幾千倍。
    (圖片來源:Noble Prize Website https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/popular-information/ (Photo credit: The Royal Swedish Academy of Science))


    研發新物質不限於導向演化。在 1985 年,得獎者 Geogre P. Smith 發現「噬菌體展示技術 (Phage display) 」,讓科學家利用可感染細菌的病毒——噬菌體 (bacteriophage)演化出新的蛋白質。

     
    螢幕快照 2018-10-04 上午9.13.32
    喬治史密斯開發了噬菌體展技術,用於尋找已知蛋白質的未知基因
    (圖片來源:Noble Prize Website https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/popular-information/ (Photo credit: The Royal Swedish Academy of Science))

     
    2001 年,另一位得獎者 Gregory P Winter 再利用 Smith 的方法和導向演化出新抗體。在 2002 年,有研究利用此方法首次研發出藥物 adalimumab ,治療類風濕關節炎、乾癬、炎症性腸病等疾病。之後也有不同研究,利用這些方法研發出新藥物。
    螢幕快照 2018-10-04 上午9.13.45
    使用噬菌體展示定向演化抗體的原理,該方法可用於生產新藥。
    (圖片來源:Noble Prize Website https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/popular-information/ (Photo credit: The Royal Swedish Academy of Science))

    自然界埋藏了不少奧祕,而導向演化和噬菌體展示技術就是其中一種,讓科學家應用於製造新藥物的新方法。 


    史上第五位女性奪諾貝爾化學獎

    現年 62 歲的 Frances H. Arnold 出生於美國賓州 Edgewood ,其父為核物理學家 William Howard Arnold 。她是史上第五位奪諾貝爾化學獎的女性,對上一次有女性獲此殊榮,已經是2009年。
    她於 1979 年在普林斯頓大學取得機械和航空航天工程學士學位,其後再於加州柏克萊大學取得化學工程博士名銜,並在該校從事生物化學研究直至 1986 年她轉到加州理工學院為止。 Arnold 現為該院校的化學工程、生物工程及生物化學教授。

    現年 77 歲的 George P. Smith 生於美國密蘇里,在哈佛取得博士名銜前曾任教高中一年,現為密蘇里大學生物科學榮譽退休教授。而來自英國萊斯特的 Gregory P. Winter 爵士生於 1951 年,在劍橋取得自然科學學士學位,以及生物化學博士名銜。他曾主管劍橋醫學研究委員會分子生物學實驗室的蛋白質和核酸化學分部,現為劍橋三一學院院長。

     
    ​​​​​​​
    感謝『香港立場 Stand News』同意轉載,文章來源:
    https://www.thestandnews.com/cosmos/三學者奪-2018-諾貝爾化學獎-表揚研究直接演化方式製造酵素-融合基因技術/
    https://www.thestandnews.com/cosmos/解構-諾貝爾獎-化學獎-從演化論到研究新藥/
回上一頁