3 명의 생화학자가 진화를 지시하기 위해 화학 노벨을 이겼습니다

노벨 화학상은 진화의 힘을 활용하고 실험실에서이를 가속화하여 제약, 재생 에너지, 산업 화학 및 기타 여러 분야에 사용되는 새로운 유익한 효소를 생산하기 위해 실험실에서이를 가속화 한 3 명의 과학자에게 갔다. 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 화학 공학 교수 인 프랜시스 H. 아놀드 (Frances H. Arnold)는 올해 효소의 진화를 인위적으로 감독 한 최초의 상으로 올해의 절반을 받았다. 그 과정에서 그녀는 화학 노벨을받는 다섯 번째 여성이되었습니다. 미주리 대학교의 생물 과학 명예 교수 인 조지 P. 스미스 (George P. Smith)와 분자 생물학의 MRC 실험실의 연구 리더 명예 인 그레고리 피 윈터 (Gregory P. Winter)는 Phage Display라는 기술을 개발하기 위해 상금의 나머지 절반을 공유하여 제약 적으로 유용한 효소를 생산하기 위해 지시 된 진화라는 기술을 개발했습니다.

“수천 년 동안, 우리 인간은 선택적 번식을 사용하여 우리에게 유용한 특성을 가진 동물과 식물을 만들었습니다. 올해의 노벨상 수상자들은 다음 단계를 밟았다”고 노벨 화학 선발위원회 의장이자 예테보르크 대학교의 생화학자인 클레 스 구스타프 슨 (Claes Gustafsson)은 발표했다. "그렇게함으로써, 그들은 진화를 수천 번 더 빨리 만들 수 있었고, 새로운 특성을 가진 단백질을 만들기 위해 진화를 지시 할 수있었습니다."

벨기에의 Rega Medical Research Institute의 합성 생물학자인 Vitor Pinheiro에 따르면,“수상자들은 단백질의 진화의 진화의 초기 원칙 중 일부를 제시했으며 나와 같은 많은 사람들이 원하는 기능으로 형성 될 수있는 유연한 캔버스로 생물학을 살펴 보았습니다.”

지시 된 진화는 연구자들이 세상을 채우는 끝없는 다양성을 창조하는 데 사용 된 것과 동일한 과정을 모방 할 수 있었기 때문에 혁명을 일으켰습니다. Charles Darwin은 자연 선택을 통한 진화론으로 유전자 돌연변이의 반복 과정, 환경에 의한 선택 및 수상자들에 의한 확산이 어떻게 생존의 복잡한 문제를 해결하는 데 유기체가 더 잘 될 수 있는지 확인했습니다. 마찬가지로, 단백질 화학자들은 돌연변이와 선택의 인공 과정을 사용하여 살아있는 세포를 동축시켜 인간이 계획이나 시행 착오를 통해 해결하기 어려운 문제에 대한 생화학 적 솔루션을 찾을 수 있습니다.

Emory University의 화학부 회장 인 Stefan Lutz는“인간은 선택적 번식으로 수천 년 동안 다윈의 진화의 개념을 악용했습니다. "지시 된 진화는 동일한 원칙을 취해 실험실에 적용합니다."

1970 년대까지 많은 과학자들은 새로운 유전자 공학 기술이 제약을 가속화 할 수있는 효소와 같은 뛰어난 능력을 가진 새로운 단백질을 만드는 데 사용될 수 있다는 꿈을 꾸고있었습니다. 그러나 그렇게하는 장애물은 거대했다. “단백질 디자인은 학업 운동이었습니다. 우리의 계산 방법은 단백질 설계에 실용적으로 만들기에 충분히 정교하지 않았다”고 Lutz에 따르면

수정이 추가 된 10 월 30 일 :DNA 이중 나선의 개방 이미지는 원래 우연히 반전되었습니다.

1980 년대에 Arnold는 다양한 상업용 응용 분야를 가진 박테리아 효소 인 서브 틸리신을 재 설계하여 물 이외의 용매에서 작용할 수 있도록 시도하고 실패했습니다. 그녀는 결국 박테리아에서 돌연변이를 반복적으로 유도하고 원하는 특성을 선별 한 다음 더 많은 것을 자란보다 진화적인 접근 방식에 찬성하여 그 접근법을 포기했습니다. 1993 년까지, 그녀는 효소를 256 배보다 효과적으로 만드는 데 성공했습니다.

Fred Hutchinson Cancer Research Center의 전산 생물 학자이자 Arnold 's의 전 학생 인 Jesse Bloom은“Frances의 통찰력은 화학자가 아니라 생물학적 세계에 의해 만들어진 세계에서 가장 놀라운 분자가 만들어 졌다는 것을 인식하는 것이 었습니다. "대부분의 과학자들은 장거리 생물의 화석 측면에서 진화를 생각하는 데 익숙했으며, 화학 공학은 실험실에서 합성 화학 물질과 관련된 것이 었습니다." 그는 화학과 생명 공학 문제에 진화론 생물학을 적용한다는 아이디어는“진정한 도약”이라고 말했다.

화학에서 지시 된 진화의 성공의 대부분은 유용한 형태의 새로운 단백질을 생성하고 스크리닝하는보다 효율적인 방법을 찾는 데 달려있었습니다. Smith가 표적화 된 단백질의 유전자를 분리하기 위해 파지 (Phages)라는 박테리아와 간단한 바이러스를 사용하는 방법을 보여 주었을 때, 그 기초는 1985 년에 배치되었습니다. 그는 관심있는 유전자를 단백질 캡슐에 대해 파지 바이러스 자체 유전자와 연결했습니다. 항체로, 그는 단백질을 표적으로하는 파지를 분리 할 수있었습니다.

겨울은 유용한 활동으로 생체 분자를 선별하기위한 Smith의 기술을 적용한 연구원 중 한 명입니다. 1990 년대에 그는 다양한 생화학 적 표적에 부착 할 변형 형태의 항체 단백질을 선별하는 데 사용했다. 2002 년 겨울의 방법에 기초한 치료 항체는 류마티스 관절염 및 기타 염증 상태를 치료하도록 승인되었습니다. 이러한 진화 된 항체 약물은 많은 다른 많은 항체 약물을 따랐습니다.

최근 몇 년 동안 지시 된 진화를위한 더 많은 방법이 개발되었지만, 아놀드, 스미스, 겨울의 선구적인 기여는 분야를 개발하는 데 도움을 준 많은 다른 과학자들과 함께 여전히 존경을 받고 있습니다. Arnold는 여전히 지시 된 진화를 제약 연구 및 재생 에너지에 더 적용하기 위해 노력하고 있습니다.

Stanford University의 생화학자인 Jennifer R. Cochran은 이메일을 통해“[그들의] 선구적인 연구는 전 세계의 연구원들이 단백질 공학을위한 자연 선택의 힘을 활용할 수있게 해주었습니다. 그들의 기술은“생명 공학 및 제약 산업의 백본이되어 사회적, 상업적 영향을 더욱 강조했다.”

이 기사에는 Jordana Cepelewicz와 Jonathan Lambert의 공헌이 포함됩니다. .