ノーベル化学賞は、進化の力を利用し、実験室でそれを加速して、医薬品、再生可能エネルギー、工業化学、および他の多くの分野で使用される新しい有益な酵素を生成した 3 人の科学者に贈られました。カリフォルニア工科大学の化学工学教授である Frances H. Arnold は、酵素の進化を人工的に指示した最初の人物として、今年の賞の半分を受け取りました。その過程で、彼女は化学のノーベル賞を受賞した 5 人目の女性になりました。ミズーリ大学の生物科学の名誉教授であるジョージ P. スミスと MRC 分子生物学研究所の名誉研究リーダーであるグレゴリー P. ウィンターは、ファージ ディスプレイと呼ばれる技術の開発に対して賞の残りの半分を分け合いました。薬学的に有用な酵素を生産するために定向進化を使用します。
「何千年もの間、私たち人間は選抜育種法を使用して、私たちにとって有用な特性を持つ動植物を作成してきました。今年のノーベル賞受賞者は次の一歩を踏み出しました」と、ノーベル化学選考委員会の委員長であり、ヨーテボリ大学の生化学者であるクレス・グスタフソンは、発表での発言で述べました。 「そうすることで、彼らは進化を何千倍も速くすることができ、進化を指示して新しい有用な特性を持つタンパク質を作成することもできました。」
ベルギーのレガ医学研究所の合成生物学者であるヴィトール・ピニェイロによると、「受賞者はタンパク質の有向進化の初期の原理のいくつかを提示し、私のような多くの人々に、生物学を柔軟なキャンバスとして見るよう促しました。希望する機能に形作られます。」
指向性進化が革命を引き起こしたのは、自然が世界を満たす種の無限の多様性を生み出すために使用したのと同じプロセスを研究者が模倣できるようにしたからです。チャールズ・ダーウィンは、自然選択による進化の理論により、遺伝子突然変異、環境による選択、勝者による増殖の反復プロセスが、世代を超えて、生物が生存の複雑な問題をよりうまく解決できるようにする方法を特定しました。同じように、タンパク質化学者は突然変異と選択の人為的なプロセスを使用して生きた細胞を誘導し、人間が計画や試行錯誤によって解決するのが非常に困難な問題に対する生化学的解決策を見つけることができます.
エモリー大学の化学科長であるステファン・ルッツは、次のように述べています。 「指向性進化はこれと同じ原則を取り、それを実験室に適用します。」
1970 年代までに、多くの科学者は、新しい遺伝子工学技術を使用して、医薬品製造をスピードアップできる酵素など、並外れた能力を持つ新しいタンパク質を作成できる日が来ることを夢見ていました。しかし、その実現には大きなハードルがありました。 「タンパク質の設計は学術的な課題でした。私たちの計算方法は、タンパク質を設計するのに実用的なほど洗練されていませんでした」と Lutz 氏は言います。
10 月 30 日に追加された訂正:DNA 二重らせんの開始イメージは、もともと偶然に反転していました。
1980 年代、アーノルドは、水以外の溶媒中で機能するように、さまざまな商業用途を持つ細菌酵素であるサブチリシンを再設計しようとしましたが、失敗しました。彼女は最終的にそのアプローチを放棄し、バクテリアに突然変異を繰り返し誘発し、それらを望ましい形質についてスクリーニングし、さらにそれらを繁殖させるという、より進化的なアプローチを支持しました. 1993 年までに、彼女は酵素の効果を 256 倍にすることに成功しました。
フレッド・ハッチンソンがん研究センターの計算生物学者であり、アーノルドの元学生であるジェシー・ブルームは、次のように述べています。 「ほとんどの科学者は、長い間死んでいた生物の化石の観点から進化を考えることに慣れていましたが、化学工学は実験室で合成化学物質を使用するものでした。」化学とバイオテクノロジーの問題に進化生物学を適用するというアイデアは、「本当に飛躍的でした」と彼は言いました。
化学における有向進化の成功の多くは、新しいタンパク質の有用な形態を作成およびスクリーニングするためのより効率的な方法を見つけることにかかっていました。その基礎は 1985 年に築かれました。スミスは細菌とファージと呼ばれる単純なウイルスを使用して、標的タンパク質の遺伝子を分離する方法を実証しました。彼は、対象の遺伝子をファージ ウイルス自身のタンパク質カプセルの遺伝子に関連付けました。その後、抗体を使用して、タンパク質を標的としたファージを分離することができました。
ウィンターは、後にスミスの技術を応用して、有用な活性を持つ生体分子をスクリーニングした研究者の 1 人でした。 1990 年代に、彼はそれらを使用して、さまざまな生化学的標的に結合する抗体タンパク質のバリアント フォームをスクリーニングしました。 2002 年には、Winter の方法に基づく治療用抗体が、関節リウマチやその他の炎症状態を治療するために承認されました。他の多くのそのような進化した抗体医薬品が後に続きました.
近年、指向性進化のためのさらに多くの方法が開発されましたが、アーノルド、スミス、ウィンターの先駆的な貢献は、この分野の開発に貢献した他の多くの科学者の貢献とともに、今でも尊敬されています。 Arnold は現在も、製薬研究と再生可能エネルギーに有向進化をさらに適用するために取り組んでいます。
スタンフォード大学の生化学者である Jennifer R. Cochran は、電子メールで次のように述べています。彼らの技術は「バイオテクノロジーおよび製薬産業のバックボーンとなり、社会的および商業的影響をさらに際立たせています。」
この記事には、Jordan Cepelewicz と Jonathan Lambert による寄稿が含まれています .
この投稿は、受賞作品に関する詳細を追加して更新されました。 2018 年のノーベル生理学・医学賞と物理学賞の受賞者について読んでください。
