英美三傑駕馭進化力量 開發新蛋白質奪諾貝爾化學獎







物競天擇,適者生存,人們談進化論多只想到生物演化,但在微觀層面看,進化亦令作為生物化學工具的蛋白質,得以優化和多樣化。今年諾貝爾化學獎的三名美英得主(圖),就巧妙地將進化原則加以引導,製造從生物燃料到暢銷藥有用的酶和抗體,評審讚揚三人利用進化力量,「開發可化解人類化學難題的蛋白質」。

瑞典皇家科學院昨天公佈化學獎得主,美國科學家阿諾德(Frances H. Arnold)憑開創酶的「定向進化」(directed evolution),獨得900萬瑞典克朗(783萬港元)的一半,美國的史密斯(George P. Smith)和英國科學家溫特(Gregory P. Winter),則憑將「噬菌體展示技術」(phage display)和定向進化用於抗體,平分另一半獎金。

以化學加速天然分子進化

評審指阿諾德一向有志以新技術造福世界,傳統化學生產方法,往往涉用強力溶劑、重金屬和腐蝕性酸液,阿諾德的想法是用酶或酵素這種天然的化學工具,去催化化學作用,並知道如她能設計新的酶,就可從根本改變化學。

不過,阿諾德跟其他研究員一樣,發現從目的出發去改造酶令其有新特質,事實上非常困難,因為酶是由20種不同氨基酸組合而成,一個酶有多達數千個氨基酸,單憑邏輯去重新設計這複雜結構,就算有現代知識和電腦也做不到,阿諾德自言因此放棄這種「甚為傲慢的想法」,轉而借助大自然演化力量。

當時阿諾德想將枯草桿菌蛋白酶(subtilisin)由跟水基溶劑催化,改造為跟一種有機溶劑催化。1993年她採用全新做法處理這問題,就是先在酶的基因引入隨機異變,再從不同異變的酶當中,篩選最能發揮目標效應的變種,如此重複多次,就可找得最有效的變種酶。

阿諾德以這方法研發了多種酶,可以製造生物燃料和較環保塑膠,同樣方法亦可用於製藥,並可不斷改善,如加速化學反應和減少副作用。

可用作製藥及生物燃料

史密斯則在1980年代初發明「噬菌體展示技術」,噬菌體是以細菌為宿主的病毒,史密斯發現將特定蛋白的基因插入噬菌體,那種蛋白會展示在噬菌體表面。溫特在1990年代將這方法加上「定向進化」用於抗體,篩選出來的抗體,對制止病症有用的目標蛋白有高依附力,可作為有效藥物。以這種方法研製的類風濕關節炎藥物Humira,2002年在美國獲批發售後成暢銷藥。其他藥廠以同一方法開發的抗癌抗體藥,亦錄得治癒轉移性癌性的案例。

美國化學學會會長多豪特讚揚三位得主,利用化學去加速天然生物分子的進化,「以比自然快幾千倍的速度,去改善醫藥、燃料和其他產品」。

諾貝爾獎官網/美聯社/中央社

香港 蘋果日報

 

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