英美三傑駕馭進化力量開發新蛋白質奪化學獎

【蘋果日報】【諾貝爾化學獎】物競天擇，適者生存，人們談進化論多只想到生物演化，但在微觀層面看，進化亦令作為生物化學工具的蛋白質，得以優化和多樣化。今年諾貝爾化學獎的三名美英得主（圖），就巧妙地將進化原則加以引導，製造從生物燃料到暢銷藥有用的酶和抗體，評審讚揚三人利用進化力量，「開發可化解人類化學難題的蛋白質」。
瑞典皇家科學院昨天公佈化學獎得主，美國科學家阿諾德（Frances H. Arnold）憑開創酶的「定向進化」（directed evolution），獨得900萬瑞典克朗（783萬港元）的一半，美國的史密斯（George P. Smith）和英國科學家溫特（Gregory P. Winter），則憑將「噬菌體展示技術」（phage display）和定向進化用於抗體，平分另一半獎金。
以化學加速天然分子進化
評審指阿諾德一向有志以新技術造福世界，傳統化學生產方法，往往涉用強力溶劑、重金屬和腐蝕性酸液，阿諾德的想法是用酶或酵素這種天然的化學工具，去催化化學作用，並知道如她能設計新的酶，就可從根本改變化學。
不過，阿諾德跟其他研究員一樣，發現從目的出發去改造酶令其有新特質，事實上非常困難，因為酶是由20種不同氨基酸組合而成，一個酶有多達數千個氨基酸，單憑邏輯去重新設計這複雜結構，就算有現代知識和電腦也做不到，阿諾德自言因此放棄這種「甚為傲慢的想法」，轉而借助大自然演化力量。
當時阿諾德想將枯草桿菌蛋白酶（subtilisin）由跟水基溶劑催化，改造為跟一種有機溶劑催化。1993年她採用全新做法處理這問題，就是先在酶的基因引入隨機異變，再從不同異變的酶當中，篩選最能發揮目標效應的變種，如此重複多次，就可找得最有效的變種酶。
阿諾德以這方法研發了多種酶，可以製造生物燃料和較環保塑膠，同樣方法亦可用於製藥，並可不斷改善，如加速化學反應和減少副作用。
可用作製藥及生物燃料
史密斯則在1980年代初發明「噬菌體展示技術」，噬菌體是以細菌為宿主的病毒，史密斯發現將特定蛋白的基因插入噬菌體，那種蛋白會展示在噬菌體表面。溫特在1990年代將這方法加上「定向進化」用於抗體，篩選出來的抗體，對制止病症有用的目標蛋白有高依附力，可作為有效藥物。以這種方法研製的類風濕關節炎藥物Humira，2002年在美國獲批發售後成暢銷藥。其他藥廠以同一方法開發的抗癌抗體藥，亦錄得治癒轉移性癌性的案例。
美國化學學會會長多豪特讚揚三位得主，利用化學去加速天然生物分子的進化，「以比自然快幾千倍的速度，去改善醫藥、燃料和其他產品」。
諾貝爾獎官網/美聯社/中央社