2018 年诺贝尔化学奖出炉，由英国科学家 Sir Gregory P. Winter 和两位美国科学家 Frances H. Arnold 及 George P. Smith 获得，3 位科学家将分享由瑞典皇家科学院（Royal Swedish Academy of Sciences）所颁发的 900 万瑞典克朗（相当于新台币 3 千多万元）奖金。3 位得奖者的研究借由模拟自然界的演化过程，最终促进新燃料和药物的开发，并进一步推动医疗和环境的进步。
“酵素工程这个领域一直在等待诺贝尔奖的降临。”伦敦大学学院的生物化学工程和生物科技学教授 Paul Dalby 表示。
▲ 瑞典皇家学院公布的得奖者的海报，表彰他们在酵素定向演化，以及肽（peptide）和抗体（antibody）的噬菌体展示技术。
奖项奖金的一半由来自加州理工学院（California Institute of Technology）的 Arnold 获得。Arnold 是第五位获得诺贝尔化学奖的女性，也是研究定向演化（directed evolution）的先驱之一。
定向演化是蛋白质工程使用的一种方法，它能模拟自然界筛选的过程，培育出研究人员感兴趣或技术上有用的蛋白质。过程包括诱发基因经历迭代轮次的突变（mutagenesis），接着筛选出带有所需特征的蛋白质（selection ），最后进行扩增（amplification）。
▲ 在酵素的基因中引进随机突变，来模拟大自然筛选的过程。
简而言之，Arnold 将随机的突变基因引入酵素中，然后看看这些突变能对酵素造成什么影响。接着，筛选出有效用的特定突变，例如：突变使得酵素能在原先无法起作用的溶剂中进行催化反应。她进一步重复这个过程，并将突变基因再次引入这些筛选出的酵素中。
“当我开始发表论文证明我可以制造更稳定的酵素、我可以改变酵素的受质特异性（substrate specificity）、我可以让酵素更活跃时，这些都是没有人知道该怎么做的事情。”Arnold 表示。
Arnold 更说道：“25 年前，这被视为是疯狂的想法。没有科学家这么做，也没有男人这么做。但由于我是工程师且不是男人，所以我无所顾忌地投入去做它。”
Arnold 的研究为各种领域提供适合的酵素，包括生物燃料的开发和药物的生产，并有效减少许多有毒催化剂的使用机会。
“人们已经在工业中使用某些酵素，但只有那些能在自然界中被找到，并恰巧品质够好的酵素。这些酵素并不是很多，而且还带有不少问题。”Dalby 说。
“Arnold 提出她的研究成果后，我们便能有效地调整酵素，在工业环境中发挥更好的效果。”
“我们预期它的最终成效是，将原本在自然中需要花上十亿年或百万年的进展过程，降低到可能不到一周的时间。”
该奖项的另一半则要归功于 Winter 和 Smith 在“肽（peptide）和抗体（antibody）的噬菌体展示（phage display）”的研究。噬菌体是一种可以感染细菌并诱使细菌繁殖的病毒。密苏里大学的Smith发现，修改噬菌体的遗传物质可以改变贴附在其外部的分子。
▲ 运用噬菌体展示技术，科学家能透过基因工程让噬菌体携带特定蛋白质，以探索这些蛋白质如何与特定目标相互作用。
Smith 意识到这个特征可能很好用，例如：如果不知道某段特定基因会制造出什么蛋白质，便能该基因植入噬菌体的 DNA 中，这个未知蛋白质将出现在噬菌体的表面并被识别。这也意味着科学家们可以将大量未知的基因片段植入噬菌体，看看是否能产生任何一种已知的蛋白质，进而确定哪些基因对应到哪种蛋白质。
该方法还为科学家们开启另一扇大门，那就是透过基因工程让噬菌体携带特定蛋白质，以探索这些蛋白质如何与特定目标相互作用。
今天，噬菌体展示已经产生了可以中和毒素，抵抗自身免疫疾病和治愈转移性癌症的抗体。
Winter 的研究方向是将各种抗体结合位（antibody binding site）的 DNA 植入噬菌体中，使噬菌体在表面呈现抗体。这意味着它可以透过筛选噬菌体，来找到与特定分子间有最佳反应作用的抗体。
Winter 能使用该噬菌体展示法来生产新药，为癌症、自体免疫疾病等等提供治疗。其中已开发出的一种新药是 adalimumab，能治疗类风湿性关节炎、牛皮癣和炎症性肠病的抗体药物。
“现今几乎所有的现代疗法都是抗体药物，都能利用噬菌体展示这样的技术，”Dalby 说。“这完全是开创性的研究，如果 Smith 没有首先发展噬菌体展示法，这可能永远不会发生。”
在 2016 年的一次采访中，Winter 向他的第一位癌症患者承认他不知道抗体治疗是否有效。而事实上，那次的治疗结果相当成功，一个巨大的肿瘤消失了。这场胜利让剑桥分子生物学实验室的研究人员总共获得 12 个诺贝尔奖。
这 3 位诺贝尔奖得主的贡献，将为日常生活中许多领域带来改善，包括医药产业、生质燃料、绿色催化剂等等。受到各界科学家的大力赞扬。
- Frances H Arnold, George P Smith and Gregory P Winter win Nobel prize in chemistry
- Nobel prize in chemistry awarded for pioneering work on proteins – live
- 新闻稿：The Nobel Prize in Chemistry 2018
（图片来源：瑞典皇家科学院）
