弗朗西丝·阿诺德

弗朗西丝·汉密尔顿·阿诺德（Frances Hamilton Arnold}}，1956年7月25日－） 美国化学工程师，专精领域为化学工程、生物工程学、生物化学。阿诺德与格雷格·温特（Sir Gregory P. Winter）和乔治·P·史密斯（George P. Smith）于2018年共同获得诺贝尔化学奖，是该奖第五位女性得主。

弗朗西丝·阿诺德 Frances Arnold
图片来源
出生	(1956-07-25) 1956年7月25日 美国宾夕法尼亚州匹兹堡
国籍	美国
母校	普林斯顿大学 加利福尼亚大学柏克莱分校 加利福尼亚理工学院
机构	加利福尼亚理工学院
研究领域	化学工程 生物化学
奖项	查尔斯·斯塔克·德雷珀奖（2011） 千禧技术奖（2016） 诺贝尔化学奖（2018）

目录

研究

对该领域“一无所知”的女科学家阿诺德

• 阿诺德2014年被选为美国国家发明家名人堂（NIHF）时说道：“当我开始设计蛋白质时，我不知道它会有多难。经过一系列失败的实验后，我意识到我必须找到一种不同的方法来解决这个问题。”

人的思考是有限的

• 在1980年代末期，许多学者企图使用推理的策略来重塑酵素，让它们具有新的性质。然而酵素是极端复杂的分子，它们是由20种不同的结构单元 – 胺基酸 – 以几乎无限种可能的组合方式结合而成的，一个单一的酵素分子可以包含数千个胺基酸，它们连结成长链的型态，进一步折叠成三维的立体结构，用来催化特定化学反应的局部结构，是建立在整体结构的内部。

• 运用逻辑推导来决定如何将这一个精密的构造重新调整，以赋予其新的功能，即便是运用电脑能力，亦是非常困难的。在1990年代初期，阿诺德决定放弃上述的策略，取而代之，她使用大自然优化化学的方法：演化。

阿诺德开始操弄演化

• 透过实验，阿诺德展示了，若要掌控新酵素的研发，仅凭借人的推理能力，将远逊于让机率以及定向(人为)选汰来运作的力量（如图）。这是现在所见证的革命性发展之第一个，也是最具决定性的一步。注：在演化学中，我们说的是适者生存；在定向演化学中，这个阶段称为”选汰”。

原图链接 图片来源：2018年诺贝尔化学奖（by 蔡蕴明）

交配 ─ 为了更稳定的演化

• 接下来的另一重要步伐，是由一位荷兰研究人员及发明家 Willem P. C. Stemmer (史坦姆)所迈出的，但他已于2013年过逝。他引进了另一个酵素定向选汰的维度：试管中的交配。

• 史坦姆的概念：一个自然演化的先决条件是不同个体的基因可透过例如交配或授粉的方式混合，有用的性质可借此结合而得到更强壮的生物体，在此同时，较不具功能的基因突变，将于代代相传的过程中消失。

新酵素制出永续生质燃料

• 阿诺德的实验室所产出的酵素能催化的化学反应，甚至于根本不存于大自然中而能制造出全新的材料，她裁制出的一些酵素也成为制造不同物质，例如一些药物，的重要工具。化学反应不但可被加速，且减少不要的副产物，在某些例子中，可以去除透过传统方法须使用的重金属，因此大幅减少对环境的冲击。

促成了一个更永续的世界

• 阿诺德的研究小组研发出一些酵素，能将一些简单的糖转化成异丁醇，那是一种具有高能量的物质，可用于制造生质燃料和较永续的塑胶。一个长程目标是制造出的燃料能让运输业更为环境友善，另类燃料 – 用阿诺德的蛋白质所制造的 – 能用在车辆或飞机上。以这样的方式，她的酵素促成了一个更永续的世界。

获得诺贝尔化学奖原因

女科学家阿诺德的特殊贡献在于“酶的定向演化”（for the directed evolution of enzymes），即将定向演化应用于酵素制作的研究先驱。酶是一种大分子生物催化剂，能加快化学反应速度；而定向演化则是一种蛋白质工程技术，指的是模仿天择过程，让蛋白质与核酸（nucleic acids）演化到实验者设定的目标。由于酶是化学反应的重要催化剂，她的研究促成了该技术广泛运用于生产生物燃料、制药等化工、生物工程领域。

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