年諾貝爾化學獎得主真是一個超酷的女科學家啊……

瑞典皇家科學院10月3日宣佈，將授予美國科學家弗朗西斯·阿諾德(Frances H.Arnold)、美國科學家喬治·史密斯(George P.Smith)及英國科學家格雷戈裡·溫特爾(Gregory P.Winter)三位科學家2018諾貝爾化學獎。

今年諾貝爾化學獎得主的主要貢獻是進化控制，以及使用進化變化和選擇的相同原理，開發設計解決人類化學問題的蛋白質。表彰他們在酶的定向進化，以及多肽與抗體的噬菌體展示技術領域的貢獻。

從歷年諾貝爾化學獎得主名單中不難看出，諾貝爾化學獎“混搭”明顯，與其他自然科學領域並沒有明顯的界線。不少人的獲獎成就並非出自傳統的化學研究，而是涉及生物學、物理學等多重學科，因此諾貝爾化學獎也被調侃為“理科綜合獎”，還曾出現過“諾貝爾化學獎頒給物理學家、以獎勵他們的成果有益於生物學家”之類的情況。

今年的三位化學獎獲得者中有一位女性，弗蘭西斯·阿諾德可真是一個超酷的女科學家啊……

·高中的時候就自己一個人住，靠開出租和調雞尾酒賺錢

·從匹茲堡一個人搭車去DC，參加反對越戰的抗議

·考上了普林斯頓機械工程系，班裡唯一一個女生

·因為大學裡必修課不多，花了很多時間學經濟學、俄語和意大利語，和意大利來的博士後拍拖，還gap了一年去意大利造核電站零件

·本來根本就沒想當科學家，夢想是當個外交官或者跨國公司CEO，再讀個國關博士，但因為經歷了石油危機和三哩島事故，開始對新能源感興趣了

·畢業之後去美國太陽能研究所，給偏遠地區設計太陽能發電設施

·里根上臺之後美國能源政策轉向，於是她重新回學校唸書，30歲拿到伯克利的化學工程phD，想做生物燃料

·半路遇到生物技術興起，於是最後一次改行，去了加州理工當生物化學工程師，搞蛋白設計

·同事們都在做小規模實驗研究蛋白質合成的機理，就她一個人不耐煩想直接解決現實問題，說人們做育種都幾千年了，自然界已經有辦法給分子做優化了，幹嘛不用呢

·被好些同行鄙視，說這根本不算科學，說紳士不搞隨機瞎突變，“老子不是科學家也不是紳士，管你們說什麼呢，最後賺大了的是我，這玩意兒好用啊！”

·被好幾個前輩批評說狂妄自大，“沒錯啊我是真的狂妄——一點沒假裝。我做的事情就是很重要很有用，對此我沒有一絲一毫的懷疑。”

·日常給好萊塢編劇做科學顧問

·2005年患上乳腺癌，如今已經康復

·真的成立了一家生物燃料公司並且上市了，然而發現自己還是比較擅長做科研，忍痛放棄了當CEO的童年夢想

怎麼說呢，這個人生實在過得是太硬核了啊

說完獲獎者，我們再來說說今年諾貝爾化學獎「蛋白質進化」在我們生活中有什麼實際應用呢？

今年的化學獎看起來沒有關聯，其實卻有一個共同的特點：

自從生命的第一顆種子出現在大約37億年前，地球上幾乎每個縫隙都充滿了不同的生物，無論是溫泉，深海還是乾燥的沙漠，這一切都是因為進化。正是因為進化，這個星球的生命才會變的如此美麗和動人。

生命是如何進化的呢？簡單來說，就是利用基因的突變或者重組，比如對一個基因的鹼基進行改變（突變）或者將不同之間的基因進行重新組合（重組），就可以產生多樣化的蛋白質，而這些不斷變化的基因通過自然的篩選過程就可以產生多樣化的生命，讓生命變得豐富多彩。

但是生命經過了40億年的進化，才發展了到了這麼多樣化的生命星球。所以自然進化的過程是極其緩慢的。而且很多情況下自然產生的蛋白質並不能滿足我們的需求，比如我們需要一種更加高效的酶來更快、更多、質量更好的產生所需要的物質比如糖、生物燃油等等。而今年的得主之一Frances Arnold就利用大自然的進化策略解決了這一問題。

自然的進化使很緩慢的，所以Frances Arnold就開發了進化速度更快的實驗室進化策略，也叫做定向進化、試管進化，讓我們可以在實驗室中對蛋白質進行進化。相比如自然的進化過程，這種策略甚至可以將進化的速度提升幾百萬倍。那麼定向進化的主要策略是什麼呢？

1. 首先對蛋白質的基因序列進行隨機突變（利用一些保真度很差的DNA聚合酶），產生一個突變庫。
2. 產生的基因被導入大腸桿菌（複製速度快）中，這樣大腸桿菌就可以按照這些突變的基因序列表達突變的酶。
3. 通過相應的策略比如熒光篩選、催化實驗等篩選出符合我們要求的酶，比如催化更快、活性更高的酶。
4. 這種進化的過程是可以循環進行的，也許一輪進化無法得到我們想要的酶，那我們就可以每次選出相對最好的酶進行下一輪的進化，通過不斷的進化過程，一般情況下，我們就可以篩選出更加符合我們要求的酶。

1993年，她進行了酶的第一次定向進化，這個酶的主要作用是催化一些化學反應。 從那時起，她就重新定義了開發新催化劑（酶）的方法。Frances Arnold開發的酶可以用於更環保的化學物質的製造，如藥品和生產可再生燃料。

Frances Arnold創建的這套進化的策略已經在全世界生物學實驗室廣泛應用，後面更多的研究者也對這種進化策略不斷的進行了優化，現在的實驗室進化可以更快、通量更高、效果更優的篩選出符合要求的酶類。一次實驗就可以篩選成百上千萬的酶突變體。

在其他人研究中也不斷的利用類似的進化策略，對一些蛋白質進行了進化，結果往往很神奇，僅僅幾個突變就能產生我們需要的蛋白質。這一方面說明了此種實驗室進化策略的高效性。同時也說明了生命的“靈活性”，通過對生命進行實驗室進化，我們可以以更快的速度進行進化的過程，去探索自然無法涉及的生命領域，為人類開拓更大的進化空間。

而另一位獲獎者George Smith，其主要貢獻是開發了一種叫做”噬菌體展示“的技術。這項技術中噬菌體，一種可以侵染細菌的病毒，被用來對蛋白質進行進化。

那麼噬菌體展示技術是如何對蛋白質進行進化的呢？

首先George Smith將編碼蛋白質的基因導入的噬菌體的基因組中，這樣一來噬菌體就可以在其病毒的外殼表面插入這種蛋白質。這種展示在噬菌體表面的蛋白質的用途就很多啦，比如說用於探究蛋白質與蛋白質之間的相互關係，更重要的進行蛋白質的進化，你可以將各種各樣突變的蛋白質（基因突變而來）展示在噬菌體表面，建立一個突變文庫，而這種突變文庫可以用於開發更好的抗體藥物，而開發藥物就是第三位諾貝兒化學獎得主Sir Gregory Winter的重要貢獻。

Sir Gregory Winter做了什麼呢？他利用噬菌體展示技術生產了各種對人類疾病非常重要的新藥。第一種基於這種方法的阿達木單抗（adalimumab）於2002年獲得批准，用於治療類風溼性關節炎，牛皮癬和炎症性腸病。

現在來說，噬菌體展示技術已經用來產生各種抗體治療疾病，比如中和毒素、治療自身免疫性疾病或者治癒癌症。

總結來說，今年的諾貝爾化學獎（理綜獎，哈哈）再一次沒有頒給純化學領域，看似不相關的兩個領域實則均利用了大自然早已存在的生命策略：進化。Frances Arnold開發了實驗室進化的技術，將進化的速度提升了幾百萬倍，讓我們可以更快的獲得符合要求的蛋白質突變體。而George Smith的噬菌體展示技術則將實驗室進化技術從細菌轉移到了噬菌體中，可以更加高效的對突變體進行篩選，也為Sir Gregory Winter的工作提供了技術基礎，而Sir Gregory Winter則將進化與噬菌體展示技術結合起來，用於篩選治癒疾病的抗體蛋白，造福了全人類。

最後我想說進化是偉大的！因為自然選擇了進化，讓整個地球變成了宇宙一顆閃耀的生命星球。我也無時無刻不驚歎於自然的偉大，自然為我們提供了太多的科學研究思路，我們一直在“Learn From Nature”，向自然學習，今天頒發的諾貝爾獎就是一個例子。同時我們人類也是偉大的，我們不僅向自然學習，同時我們在一定程度上也超越了自然（Beyond Nature），比如我們利用定向進化創造了自然界從未存在的生命化學物質。

向自然、生命與人類致敬！

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