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打造更有利于环境的交通运输行业

时间:2018-10-04 11:38    作者:admin     点击:

  弗朗西丝·阿诺德利用了枯草杆菌蛋白酶能够分解酪蛋白的性质。她先是选出了在含有35%亚甲基甲硫胺的溶液中分解酪蛋白效果最好的枯草杆菌蛋白酶变种,然后再让这种蛋白酶基因发生一轮随机变异,从而培育出了在亚甲基甲硫胺溶液中效果更好的新变种。
 
  在第三代枯草杆菌蛋白酶中,她找到了一种效果胜过原始蛋白酶256倍的变种。该变种中含有十多种不同的基因变异,而这些变异的效果都是无法提前预料的。
 
  弗朗西丝·阿诺德通过这项研究展示了利用概率和定向进化培育新酶的效果。这是人类朝掌握进化迈出的第一步、也是最具决定性的一步。
 
  下一步研究由2013年逝世的荷兰研究者和企业家威勒姆·斯坦莫(Willem P。 C。 Stemmer)做出。他为酶的定向进化引入了一个新维度:在试管中展开基因配对。
 
  自然进化的前提之一是,来自不同生物体的基因要通过交配或传粉相互混合。这样一来,有益于生物的性质就可以相互结合,使生物更加强大。与此同时,对生物无益的基因变异则会在代代相传的过程中逐渐消失。
 
  威勒姆·斯坦莫利用了 DNA 改组技术,相当于在试管中进行基因配对。1994年,他证明了可以将同一基因的不同版本切成若干小片段,然后在 DNA 技术工具的帮助下,将这些小片段整合成一段完整的基因。
 
  经过几轮 DNA 改组之后,威勒姆·斯坦莫已经使酶发生了巨大变化,大大增强了酶的效果。这说明基因重组技术可以进一步提高酶进化的效率。
 
  DNA 工具自90年代以来一直在不断改良,定向进化方法也比从前多了几倍。弗朗西丝·阿诺德一直走在这些发展的前列。她所在实验室中制造的酶甚至能够催化自然界中不存在的化学反应,从而制造出全新的材料。经她“量身定做”的酶已经成为了多种物质的重要生产工具,如药物生产等。利用这些酶,化学反应速度得以大大提高,副产物也明显减少,在有些情况下,还能杜绝传统化学反应中重金属的使用,因此显著减小了对环境的影响。
 
  事情总会不断循环,弗朗西丝·阿诺德如今又开始了对可再生能源生产的研究。她的研究团队研发了几种酶,能够把简单的糖类转化成异丁醇。这种物质富含能量,可用于生产生物燃料和环保塑料。他们的长期目标之一是,通过生产更环保的燃料,打造更有利于环境的交通运输行业。借阿诺德研发的酶制造的其它燃料还可用在小汽车和航天飞机上。由此看来,她研发的酶对更加绿色环保的世界做出了卓越贡献。
 
  现在再将目光转向2018诺贝尔化学奖的另一项获奖研究:利用定向进化研发能够中和毒素、抗击自体免疫疾病、甚至治愈转移性癌症的新药。在这项研究中,一种能够感染细菌的小小病毒发挥了关键作用,该方法就叫做“噬菌体展示技术”。北京时间10月3日消息,据国外媒体报道,进化的力量在生物的多样性中得到了充分展现。2018诺贝尔化学奖颁发给弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯和格雷戈里·温特爵士,奖励他们研发出控制进化过程的方法、并利用这些方法造福人类。通过定向进化制造的酶可用于生产各类产品,包括生物燃料、药品等等。利用噬菌体展示技术生产的抗体能够对抗自体免疫疾病,在有些情况下甚至能治愈转移性癌症。
 
  在我们生活的地球上,有一支名为“进化”的强大力量。自37亿年前地球上出现首批生命以来,几乎每寸地表中都填满了不断对环境做出适应的生命体:比如生长在贫瘠山脊上的地衣,在热泉中顽强生存的藻类,干燥沙漠中浑身披甲的爬行动物,以及在黑暗的深海中闪闪发光的水母。
 
  我们在生物课上都学过这些生物,但现在让我们转变一下视角,从化学家的角度看待它们。地球上的生物之所以能存活下去,是因为进化帮它们解决了无数复杂的化学问题。所有生物都能从周边环境中提取可用的物质和能量,用它们合成自己所需的独特化学成分。鱼的血液中含有防冻蛋白质,因此它们在极地冰洋中也能畅游无阻;贝类能分泌一种水下分子胶,因此可以牢牢粘附在岩石上。
 
  这些化学反应的绝妙之处在于,它们已经被编写进了我们的基因中,能够代代相传、不断演变。基因如果发生了一点儿意外变化,就会改变这种化学反应。有时这会削弱生物体的生存能力,有时则会让该生物变得更加强大。随着新的化学反应逐渐出现,地球上的生命也变得愈加复杂。
 
  酶定向进化的基本原理。经过几个周期的定向进化之后,一种酶可能会有几千倍的效果。1、随机突变是随机引入基因的,这种酶最终会被改变;2、这些基因被插入细菌之中,细菌将它们作为模板,随机性制造突变酶;3、这种改变的酶物质已被测试,它们在催化所需化学反应方面十分有效。  酶定向进化的基本原理。经过几个周期的定向进化之后,一种酶可能会有几千倍的效果。1、随机突变是随机引入基因的,这种酶最终会被改变;2、这些基因被插入细菌之中,细菌将它们作为模板,随机性制造突变酶;3、这种改变的酶物质已被测试,它们在催化所需化学反应方面十分有效。
 
  受益于这些进化过程,有三个人竟然复杂到自己掌握了控制进化过程的能力。2018年诺贝尔化学奖颁给了弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯和格雷戈里·温特爵士三人,因为他们使化学界发生了革命性变化,并通过定向进化技术促进了新药的研发。首先来介绍一下酶工程领域的明星:弗朗西丝·阿诺德。
 
  早在1979年、弗朗西丝·阿诺德还是一名刚毕业的机械与航空航天工程师时,她就已经有了一套明确的规划,希望通过新技术的研发造福人类。美国当时决定,到2000年前,20%的能源都要由可再生能源提供。于是阿诺德也参与了太阳能的研究。但到了1981年总统大选之后,该行业的前景预期发生了巨变,因此阿诺德将研究重点转向了新兴的 DNA 技术。她对此表示:“要想以全新的方式制造我们日常所需的材料与化学物质,就需要重新改写生命编码。”