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Princeton engineering alumna Frances Arnold wins Nobel Prize in Chemistry

2018年诺贝尔化学奖今天授予普林斯顿大学校友弗朗西丝·阿诺德,以表彰她“对酶的直接进化”。她获得了一半的奖金,另一半由密苏里-哥伦比亚大学的乔治·史密斯和剑桥大学分子生物学MRC实验室的格雷戈里·温特爵士分享,“用于噬菌体展示多肽和抗体”。

阿诺德是加州理工学院化学工程、生物工程和生物化学的Linus Pauling教授。1979年,她从普林斯顿大学毕业,获得机械和航空航天工程学士学位。

“弗朗西斯·阿诺德是一位开创性的化学家,他的研究对从药物到生物燃料等化学物质的发展产生了深远的影响。我很高兴她获得了2018年诺贝尔化学奖。“阿诺德教授在科学上的卓越表现和在智力上的领导能力体现了我们大学的价值观,我们普林斯顿大学的所有人都在庆祝她获得这一当之无愧的荣誉。”

瑞典皇家科学院在宣布该奖项时表示,研究人员“利用了进化的力量”。

在描述阿诺德的贡献时,该学会指出:“1993年,她指导了酶的首次定向进化,酶是催化化学反应的蛋白质。从那时起,她改进了目前常规用于开发新催化剂的方法。弗朗西丝·阿诺德的酶的使用包括更环保的化学物质制造,如药品,以及为更环保的交通部门生产可再生燃料。”

阿诺德的老朋友、普林斯顿大学化学教授迈克尔·赫克特说:“让我一直感到惊讶的是,弗朗西斯是一个如此强大的人,她做了那么多事情。”“其他人也在做蛋白质进化,但她只是做得更多,得到了真正的结果,这真的很酷,在现实世界中有真正的用途。在某种程度上,这是因为她是一位思考方式的工程师。她探索蛋白质工程并不仅仅是因为它很酷,或者因为她对生命起源很感兴趣,而是因为她想做出对人类有用的东西。”

他补充道:“了解她所做的一切,了解她的生活,我确信,虽然你我每天都有24个小时,但她可能有30个或更多小时。”我不知道她还能做些什么。她非常有创造力,非常聪明——她太棒了。”

“很明显,她是一个很棒的人,”厄尔·道尔(Earl Dowell)说。道尔曾是阿诺德在普林斯顿大学(Princeton)的顾问之一,现任杜克大学(Duke University)机械工程教授威廉·霍兰德霍尔(William Holland Hall)。“她的大部分工作都是在我认为是生物学的领域,所以尽管她的学位是工程学,但她显然利用这一学位迅速进入了其他有趣的领域。”

阿诺德是普林斯顿大学第一位获得诺贝尔奖的女校友。她是第三个女人与大学获得诺贝尔奖,第二个是唐娜•斯特里克兰之一2018年诺贝尔物理学奖的获得者周二宣布,10月2日,他是普林斯顿大学的一个学术专业的先进技术中心光学和光电材料从1992年到1996年。第一个是托尼·莫里森(Toni Morrison),普林斯顿大学的罗伯特·f·戈亨(Robert F. Goheen)人文学科教授,1993年诺贝尔文学奖得主。阿诺德还是普林斯顿大学首位在自然科学领域获奖的本科生,无论男女,包括化学、物理、生理学或医学。15名研究生校友获得了诺贝尔奖,最近的获奖者是基普·索恩(Kip Thorne)。索恩1965年获得博士学位,2017年获得诺贝尔物理学奖。

阿诺德在普林斯顿大学读本科时专注于太阳能研究,在研究生院转到生物化学专业。许多科学家正致力于通过基因编码来设计蛋白质(分子机器),但阿诺德决定尝试一种不同的方法:利用进化。

“没有人能设计出一种好的酶,但经过35亿年的进化,我们被它们包围着,”她在4月告诉《化学世界》(Chemistry World)。“我决定要成为生物界的一名工程师,尤其是一名蛋白质工程师。”

她的方法,“定向进化”,模仿了把恐龙变成鸟类的进化,但是它的工作速度要快得多。阿诺德与细菌合作,而不是等待数千代人的随机突变进入遗传密码,细菌能在大约20分钟内产生新一代细菌,并选择哪些性状可以一起繁殖。

普林斯顿大学化学与生物工程苏珊·杜德·布朗教授兼系主任阿萨纳西奥斯·帕纳吉奥托普洛斯说:“她发现了如何将定向进化应用于微生物,这确实让情况大为改观。”这一原理已经被化学工程和分子生物学的许多人所接受。这是一个常规的工具,现在在基因工程中使用,她是第一个想到这一点的人。”

她愿意尝试一种完全不同的方法,这是她成功的关键,在加州理工学院阿诺德实验室做博士后研究的化学助理教授托德·海斯特(Todd Hyster)说。海斯特说:“在整个序列中引入大量随机突变的蛋白质进行检测,选择最好的一种,然后重复这个过程,这一想法在自然界中使用过,但没有被用作蛋白质工程的手段。”“这种做法对当时的处理方式是一种诅咒。我认为弗朗西斯当时肯定遇到了一定程度的抵制。她能够无视这些批评,证明了她的远见、信念和毅力。”

阿诺德在2014年告诉普林斯顿校友周刊,她的方法最初被“绅士科学家”怀疑,但她告诉自己,“我不是绅士,我也不是科学家”——她仍然认为自己是一名工程师——“所以我不介意。”

“她很固执,”她的哥哥艾迪?阿诺德(Eddy Arnold)说。“如果有什么事情对她很重要,她会非常、非常努力地去解决任何出现的问题。她只要一心一意做一件事,就能把世界上的事做成。”

阿诺德现在在她的实验室中生产的蛋白质可以加速自然界中不存在的反应,从而为更环保的交通运输部门带来更环保的化学物质(包括药物)和可再生燃料的生产。

阿诺德除了获得过无数其他荣誉外,还是美国国家科学院、医学院和国家工程院这三所国家科学院中为数不多的成员之一。她还受邀于2008年在普林斯顿大学做威廉讲座,并计划于10月26日在普林斯顿ACS秋季有机化学研讨会上做一个研讨会。

她在今年4月说:“很多人都叫我生物化学家、分子生物学家、化学工程师,我想我就是这些人。”“我最认同人类!”