10月，2018年度諾貝(bèi)爾化學獎揭曉。今年該獎項的獲得者是美國科學家弗朗西絲·阿諾德（Frances H. Arnoid）、喬治·史密斯（George P. Smith）和英國科學家格雷戈裏·溫特（Sir Gregory P. Winter）。他們的獲獎理由是在酶的定向演化以及用於(yú)多肽和抗體的噬菌體展示技術方面取得的成果。
Frances H. Arnoid從1993年起 ，進行瞭(le)酶的次定向進化 ，這是一種催化化學反應蛋白質。她的方法經常用於(yú)開發新催化劑 ，用這種方法産生的酶，用途包括開發更環保的化學物質、藥品以及爲運輸部門生産更環保的可再生燃料。
酶是由活細胞産生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質或RNA，因此是一類重要的生物催化劑。1993年Arnoid完成瞭(le)首ge酶的定向演化實驗，也就是實現瞭(le)她的理論 ，此後她不斷完善這個方法 ，現在已能用於(yú)開發新的催化劑。基於(yú)Arnoid的研究成果，業界可以通過更環保的方式來化學物質，比如生産藥物和可再生能源等 。
另外兩名獲獎者——George P. Smith和Sir Gregory P. Winter則因爲開發瞭(le)噬菌體展示的方法，來進行抗體的定向進化，進而生産新的藥物。種基於(yú)這種方法的阿達木單抗已在2002年獲批，用於(yú)治療類風濕性關節炎、牛皮癬和炎症性腸病 。從那時起，噬菌體展示産生瞭(le)可以中和毒素、抵抗自身免疫疾病和轉移性癌症的抗體 。
1985年，Smith開發出瞭(le)一種被稱爲“噬菌體呈現”的技術，該方法基於專門感染細菌的噬菌體病毒。這些病毒本身隻不過是包裹著(zhe)遺傳物質的蛋白質膠囊。通過将基因導入噬菌體，Smith可以在噬菌體中演化出新型蛋白質。Winter則應用噬菌體呈現技術出藥物抗體。抗體是我們的免疫細胞用來識别其他細胞的标簽分子。
瑞典科學院認爲，“我們正處(chù)於(yú)直接進化革命的早期階段 ，它以多種不同方式爲人類帶來zui大利益”。
成果回顧：
世界shou個人工酶
英國醫學研究委員會的科學家們生成瞭(le)世界上個由人工遺傳物質制成的酶。他們的合成酶 ，是由自然界中不會産(chǎn)生的分子制成，能夠在實驗室引發化學反應。
這些結果基於(yú)MRC分子生物學實驗室以前的工作，他們生成瞭(le)稱爲“XNAs”的合成分子，這些分子能夠以類似DNA的方式儲存和傳遞遺傳物質。
該研究小組用實驗室自制的XNAs作爲構建模塊，制備(bèi)瞭(le)“XNAzymes”，它能引發簡單的反應，例如切割或縫合小片段RNA，就像天然酶一樣。
MRC 分子生物學實驗室的Philipp Holliger博士帶領瞭(le)這項研究，他說：“地球上所有生命都依賴於(yú)一系列的化學反應，從消化食物到在細胞中DNA。這些反應大多數在環境溫度和壓力下發生的太過遲緩，需要酶來啓動或‘催化’這個過程 。”
首ge人工金屬酶
來自巴塞爾大學、蘇黎世聯邦理工大學和NCCR分子系統工程的科學家，開發瞭(le)一種人工金屬酶，可催化細胞内的反應，在大自然中沒有等價物。這可能是“在活細胞内創(chuàng)建新的非自然代謝途徑”的例子。
這種人工金屬酶，稱爲biot-Ru-SAV，是採用生物素-鏈親和素技術制備而成的 。這種方法依賴於蛋白質鏈黴親和素對維生素生物素的高親和力，其中結合生物素的化合物可以被引入到蛋白質 ，以産生人工酶。在這項研究中，作者介紹瞭(le)一種金屬有機化合物，它的底部有金屬钌。有機金屬化合物在一個金屬原子和一個碳原子之間至少有一個鍵 ，通常用於工業化學反應的催化劑。然而 ，如果真起作用的話 ，有機金屬催化劑在水溶液中或細胞環境中的表現並(bìng)不佳，需要被合並(bìng)到像鏈黴親和素這樣的蛋白支架，來克服這些局限。
該研究的資深作者、巴塞爾大學化學系教授Thomas R Ward說：“我們的目标是制備(bèi)一種人工金屬酶，可以催化烯烴複分解反應，這是不存在於(yú)天然酶當中的一種反應機制 。”烯烴複分解反應是一種方法，用於(yú)碳碳雙鍵的形成和再分配，碳碳雙鍵被廣泛用於(yú)各種化學産品的實驗室研究和大規模工業生産。Biot-Ru-SAV可催化一種關環複分解反應，以生産一種易於(yú)檢測和定量熒光分子。
活細胞内的環境難以實現有機金屬酶的正常運作。蘇黎世聯邦理工大學生物系統科學與工程系的Markus Jeschek說：“主要的突破是，‘使用大腸(cháng)杆菌的周質作爲反應室’的這個想法 ，其環境更适合於(yú)烯烴複分解催化劑。”周質——革蘭氏陰性菌的内細胞膜和細菌外膜之間的間隙，含有低濃度的金屬酶抑制劑，如谷胱甘肽。
作者發現在體内條件下是理想的，之後又進瞭(le)一步，決定通過採用定向進化原則——這種方法模拟自然選擇的過程來進化出性能或活性增強的蛋白質，來優化biot-Ru-SAV。Ward解釋說：“然後，我們可以開發一種簡單和可靠的篩選方法 ，可讓我們測試幾千個biot-Ru-SAV突變體 ，並(bìng)識别zui活躍的變種 。”
作者不僅能顯著改善biot-Ru-SAV的催化特性，而且也表明 ，這種有機金屬基酶可以被設計和優化成不同的底物 ，從而産(chǎn)生各種不同的化學産(chǎn)品。Ward說：“這一結果令人興奮的地方在於(yú)，像biot-Ru-SAV這樣的人工金屬酶 ，可用於(yú)生産(chǎn)新的高附加值化學品。它有很多的潛力，可結合化學和生物學工具，zui終利用細胞作爲分子工廠。”
有益的噬菌體組
長(zhǎng)期以來科學家們總在懷疑，人體内的噬菌體組（phageome）是不是能通過調節我們的免疫系統影響人類生理。直到近期，澳大利亞莫納什大學噬菌體研究員Jeremy Barr團隊在mBio發表文章證明“的確(què)如此”。
過去幾十年，大多數有關噬菌體的醫學研究都集中在努力将這些微生物轉化爲“抗生素”，其中一些已經取得瞭(le)成功。不過，跳出抗生素圈子，作爲一門獨(dú)立的治療方法，“噬菌體療法”正在崛起。
Barr的早期研究表明，噬菌體的自然屬性有助於(yú)保護我們免受病原體侵害。在調查瞭(le)不同物種後，Barr發現，粘液層中噬菌體數量明顯增多。原來，噬菌體的蛋白質外殼能結合粘蛋白（mucins）。粘蛋白和水共同構成粘液。
這對生産(chǎn)粘液的主人和噬菌體都有好處。吸附在粘液上，讓噬菌體有機會遇到更多細菌。噬菌體能保護細胞免受潛在細菌病原體侵害，爲機體提供額外的免疫層(céng)。
體外培養的上皮細胞實驗表明，人類細胞能吸收噬菌體並(bìng)将它們傳送至細胞内部。運輸機制尚不明確(què)。
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