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The power of evolution is revealed through the diversity of life. The 2018 Nobel Laureates in Chemistry have taken control of evolution and used it for purposes that bring the greatest benefit to humankind. Enzymes produced through directed evolution are used to manufacture everything from biofuels to pharmaceuticals. Antibodies evolved using a method called phage display can combat autoimmune diseases and in some cases cure metastatic cancer. Since the first seeds of life arose around 3.7 billion years ago, almost every crevice on Earth has filled with different organisms. Life has spread to hot springs, deep oceans and dry deserts, all because evolution has solved a number of chemical problems. Life’s chemical tools – proteins – have been optimised, changed and renewed, creating incredible diversity. This year’s Nobel Laureates in Chemistry have been inspired by the power of evolution and used the same principles – genetic change and selection – to develop proteins that solve mankind’s chemical problems. One half of this year’s Nobel Prize in Chemistry is awarded to Frances H. Arnold. In 1993, she conducted the first directed evolution of enzymes, which are proteins that catalyse chemical reactions. Since then, she has refined the methods that are now routinely used to develop new catalysts. The uses of Frances Arnold’s enzymes include more environmentally friendly manufacturing of chemical substances, such as pharmaceuticals, and the production of renewable fuels for a greener transport sector. The other half of this year’s Nobel Prize in Chemistry is shared by George P. Smith and Sir Gregory P. Winter. In 1985, George Smith developed an elegant method known as phage display, where a bacteriophage – a virus that infects bacteria – can be used to evolve new proteins. Gregory Winter used phage display for the directed evolution of antibodies, with the aim of producing new pharmaceuticals. The first one based on this method, adalimumab, was approved in 2002 and is used for rheumatoid arthritis, psoriasis and inflammatory bowel diseases. Since then, phage display has produced antibodies that can neutralise toxins, counteract autoimmune diseases and cure metastatic cancer. We are in the early days of directed evolution’s revolution which, in many different ways, is bringing and will bring the greatest benefit to humankind. （機器翻譯：通過生活的多樣性揭示了進化的力量。 2018年諾貝爾化學(xué)獎獲得者控制了進化，并將其用于為人類帶來最大利益的目的。通過定向進化產(chǎn)生的酶用于制造從生物燃料到藥物的所有物質(zhì)。使用稱為噬菌體展示的方法進化的抗體可以對抗自身免疫疾病，并且在一些情況下治愈轉(zhuǎn)移性癌癥。自從生命的第一顆種子出現(xiàn)在大約37億年前，地球上幾乎每個縫隙都充滿了不同的生物。生命已經(jīng)蔓延到溫泉，深海和干燥的沙漠，這一切都是因為進化已經(jīng)解決了許多化學(xué)問題。生命的化學(xué)工具 - 蛋白質(zhì) - 已經(jīng)過優(yōu)化，改變和更新，創(chuàng)造了令人難以置信的多樣性。今年的諾貝爾化學(xué)獎獲得者受到進化力量的啟發(fā)，并使用相同的原理 - 遺傳變化和選擇 - 來開發(fā)解決人類化學(xué)問題的蛋白質(zhì)。今年諾貝爾化學(xué)獎的一半獎授予Frances H. Arnold。 1993年，她進行了酶的第一次定向進化，這是一種催化化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)。從那時起，她已經(jīng)改進了現(xiàn)在常用于開發(fā)新催化劑的方法。 Frances Arnold酶的用途包括更環(huán)保的化學(xué)物質(zhì)制造，如藥品，以及為更環(huán)保的運輸部門生產(chǎn)可再生燃料。今年的另一半諾貝爾化學(xué)獎由George P. Smith和Sir Gregory P. Winter共同分享。 1985年，喬治史密斯開發(fā)了一種稱為噬菌體展示的優(yōu)雅方法，其中噬菌體 - 一種感染細菌的病毒 - 可用于進化新蛋白質(zhì)。 Gregory Winter使用噬菌體展示進行抗體的定向進化，目的是生產(chǎn)新的藥物。第一種基于這種方法的阿達木單抗于2002年獲得批準，用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，牛皮癬和炎癥性腸病。從那時起，噬菌體展示產(chǎn)生了可以中和毒素，抵抗自身免疫疾病和治愈轉(zhuǎn)移性癌癥的抗體。我們處于直接進化革命的早期階段，它以多種不同的方式帶來并將為人類帶來最大的利益。）

Frances H. Arnold, 1956年出生于美國匹茲堡。博士 1985年，美國加州大學(xué)伯克利分校。 Linus Pauling美國加州理工學(xué)院化學(xué)工程，生物工程和生物化學(xué)教授，美國帕薩迪納. http://fhalab.caltech.edu 

George P. Smith, 1941年出生于美國諾沃克。博士 1970年，哈佛大學(xué)，劍橋，美國哥倫比亞密蘇里大學(xué)生物科學(xué)榮譽教授。http://biology.missouri.edu/people/?person=94 

Sir Gregory P. Winter, 1951年出生于英國萊斯特。博士 1976.英國劍橋大學(xué)。 研究負責(zé)人，英國劍橋分子生物學(xué)MRC實驗室。 www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/group-leaders/emeritus/greg-winter/

地球的生命經(jīng)過長期進化最終獲得強大的適應(yīng)力，散布于各種嚴酷環(huán)境，包括熱溫泉、深海以及沙漠等。如果能夠借助進化的力量，我們在化工、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域中遇到的難題也就迎刃而解。

　　美國科學(xué)家弗朗西絲·阿諾德、喬治·史密斯以及英國科學(xué)家格雷戈里·溫特正是基于相同理念，在實驗室模擬自然進化，通過不同途徑釋放進化的力量，獲得了矚目成果，他們也因此被授予2018年諾貝爾化學(xué)獎。

人進化

　　在全球發(fā)展清潔能源的過程中，成本與高效、清潔一直存在矛盾，傳統(tǒng)的方法已很難適應(yīng)發(fā)展，需要研究人員找到新方法來實現(xiàn)這一目標。阿諾德并沒有把希望寄托在傳統(tǒng)化學(xué)方法上，而是將目光投向了酶。酶是由活細胞產(chǎn)生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或RNA，是一類重要的生物催化劑。

　　中國教育部長江學(xué)者特聘教授、華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院院長林章凜曾在阿諾德的實驗室擔(dān)任博士后。他接受新華社記者采訪時說，阿諾德的巨大原創(chuàng)性貢獻在于，改變原先人類希望理性設(shè)計生物分子的想法，提出在實驗室中模擬自然界的自然進化，通過隨機突變、隨機雜交，再加以適當規(guī)模的篩選或者選擇，來進化出新的生物分子。

　　“這對于生物化學(xué)界來說，是一種哲學(xué)和方法學(xué)的巨大貢獻。”林章凜說。

酶的進化

　　阿諾德在1993年完成了首個酶的定向演化實驗，首次實現(xiàn)了她的理論。經(jīng)過多年發(fā)展，阿諾德的實驗室生成的酶已經(jīng)能夠催化那些自然界中都不存在的化學(xué)反應(yīng)，從而制造出全新材料。她的這些“量身定制”酶如今已是包括藥物在內(nèi)許多材料制作的重要工具，它在生產(chǎn)過程中能避免產(chǎn)生許多污染環(huán)境的副產(chǎn)物。

噬菌體

　　與阿諾德分享今年諾貝爾化學(xué)獎的史密斯則研發(fā)了一種名為噬菌體展示的新技術(shù)。他利用了一種能感染細菌的病毒噬菌體，將外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌體外殼蛋白結(jié)構(gòu)基因的適當位置，使外源基因隨外殼蛋白的表達而表達，同時，外源蛋白隨噬菌體的重新組裝而展示到噬菌體表面。這種技術(shù)可應(yīng)用于研究與蛋白質(zhì)相互作用的配體，以及進行蛋白質(zhì)演化等。

抗體進化

　　溫特將史密斯的這項技術(shù)用于抗體的定向演化，以便提升它們在疾病治療方面的一些特性。基于這種新技術(shù)開發(fā)的藥物已在2002年獲得相關(guān)批準，可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的治療。

　　諾貝爾化學(xué)獎評選委員會成員彼得·紹姆福伊接受新華社記者采訪時說，基于史密斯和溫特研究成果開發(fā)出的全新抗體能夠有效用于人體，如今許多暢銷藥品問世都有他們的功勞。

文：新華社斯德哥爾摩10月3日電 科普：用進化的力量解決化學(xué)問題——解讀2018年諾貝爾化學(xué)獎成果 新華社記者 張家偉　付一鳴

圖：https://www.nobelprize.org/