美英三学者夺化学奖 演化新蛋白 助研牛皮癣药

2018-10-04 12:16:47  阅读 29 次 评论 0 条

  瑞典皇家科学院昨日公布本年度诺贝尔化学奖得主,研究定向演化的美国女科学家阿诺德,成为历来第5位女性夺化学奖,获得一半奖金,美国科学家史密斯和英国科学家温特则凭噬菌体、缩氨酸和抗体研究,瓜分另外半份奖金。评审形容3人掌握进化原理,有助人类福祉,其中温特的抗体研究更成为生物製剂「阿达莫单抗」(Adalimumab,又名Humira)的开发基础,对类风湿关节炎、牛皮癣等免疫系统疾病疗效显着。

  「」存在于有机体,是化学反应的催化剂,阿诺德等科学家在1980年代,一直希望研究新类型的。然而由于由多种胺基酸组成,结构非常複杂,科学家无法直接合成化学反应更强的,阿诺德最后决定循演化方向寻求答案。

  阿诺德进化技术製生物燃料

  生物在进化过程中,会改变和选择基因,只有适合条件者才可生存,其他基因则会被摒弃。阿诺德1993年成功进行定向进化实验,她向枯草桿菌蛋白的基因随机加入突变体,其后筛选出与有机溶剂二甲基甲胺(DMF)化学反应较强的样本,然后重複加入新突变体的过程。

  结果到第3轮演化时,个别枯草桿菌蛋白与DMF的化学反应强度,已较起初的样本高256倍,该样本包含10种不同基因突变体,若使用传统方式,估计需花极多时间才能发现该基因组合。科学家其后基于阿诺德的研究结果,让在试管中进化,令进化更具效率。

  阿诺德其后利用进化技术,生产各类化学催化剂,包括把甘蔗等植物转换为生物燃料,取代传统化石燃料,亦可製造更环保和有效的化学清洁剂,甚至可用于製造新药物。

  史密斯「噬菌体展示」技术製新蛋白

  史密斯和温特的研究则主要用于医学,其中史密斯在1980年代研究「噬菌体展示」技术,并藉此製造新的蛋白。噬菌体是指能感染细菌的病毒,其基因受蛋白保护,只要向细菌注入自己的基因,便能利用细菌的繁殖机制,複製出新的噬菌体和蛋白。

  史密斯向噬菌体的脱氧核糖核酸(DNA),注入未知的蛋白基因,当噬菌体形成新的蛋白保护外壳,科学家便能利用抗体,抽取蛋白中的缩氨酸,从而分析蛋白基因。

  改变特性 方便热水洗衣

  温特则利用噬菌体展示技术,先製造成千上万的抗体,结合定向进化方式,逐步改变抗体结构,让抗体更有效针对人体内的目标,1994年成功找出能针对癌细胞的抗体。温特其后与科学家合组製药实验室,1990年代开发出首种完全基于人类抗体的药物「阿达莫单抗」。

  「阿达莫单抗」主要针对免疫系统疾病中引致发炎的肿瘤坏死因子(TNFα),2002年面世后大受欢迎,也被列入香港医管局药物名册内。由于「阿达莫单抗」疗效显着,科学家此后亦以相近方法,研製出针对转移性癌症,以至认知障碍症的药物。

  诺奖评审形容,化学奖3名得奖者的研究有助改善化工业环保效益、发展生物能源,亦可对抗疾病、拯救生命,对人类有莫大裨益,也是化学界的重大进化。

  与阿诺德是多年好友的台湾中研院院长廖俊智称,在产业应用上,不论工业或医疗生物科技都会应用蛋白质,举例说,洗水粉中的在热水中不易稳定的特性,能利用阿诺德的研究改变,使人们可以用热水洗衣服。

  中研院分子生物所研究员赵裕展带领的研究团队曾于2013年与阿诺德合作,以其电脑程式改良蛋白质的性质,增加耐热度,让纤维素、木屑等材料,得以转化为酒精,作为再生能源使用。 ■综合报道

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