Οι Frances H. Arnold, George P. Smith, και Gregory P. Winter μοιράζονται το βραβείο Νόμπελ στη Χημεία για το 2018
Ένα αναγνωρισμένο τρίο στην αξιοποίηση της εξέλιξης για τον εντοπισμό νέων ενζύμων και δεσμευτικών πρωτεϊνών
από την Celia Henry Arnaud στο cen.acs.org
3 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2018
 |
| Credit: Caltech; University of Missouri; και MRC Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας |
Το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2018 απονεμήθηκε στην Frances H. Arnold του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας για την κατευθυνόμενη εξέλιξη των ενζύμων και στον George P. Smith του Πανεπιστημίου του Μισσούρι και τον Gregory P. Winter του Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας του MRC για τον φάγο πεπτιδίων και αντισωμάτων . Η Άρνολντ θα λάβει το ήμισυ του βραβείου περίπου ενός εκατομμυρίου δολαρίων και οι Smith και Winter θα μοιραστούν εξίσου το άλλο μισό.
Το φετινό βραβείο "αναγνωρίζει τη δύναμη της αξιοποίησης της εξέλιξης πρωτεϊνών για την επίλυση ενός ευρέος φάσματος προβλημάτων στις μοριακές επιστήμες", λέει ο David R. Liu του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, ο οποίος ανέπτυξε μια έκδοση κατευθυνόμενης εξέλιξης που ονομάζεται κατευθυνόμενη εξέλιξη με φάγους . "Βγάζω το καπέλο στους Smith, Winter, και Arnold για τη συμβολή τους σε αυτό το πολυεπιστημονικό πεδίο που ενσωματώνει όμορφα τη χημεία, τη μοριακή βιολογία και την επιστήμη των πρωτεϊνών".
Η κατευθυνόμενη εξέλιξη είναι μια επαναληπτική εργαστηριακή μέθοδος που περιλαμβάνει μετάλλαξη και διαλογή που επιταχύνει τη διαδικασία φυσικής επιλογής μέσω της οποίας εξελίχθηκε η ζωή στη Γη. Στην τεχνική της Arnold εισάγει τυχαίες μεταλλάξεις στο γονίδιο για ένα αρχικό ένζυμο, καλλιεργεί δήλαδή αφήνει τα παραλλαγμένα γονίδια να εκφραστούν σε βακτήρια και διαλέγει τα μεταλλαγμένα ένζυμα που παράγονται από τα μικρόβια για την επιθυμητή δράση. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία με τα καλύτερα των γονιδίων, οι ερευνητές μπορούν να βρουν πρωτεΐνες με τις επιθυμητές ενζυματικές ιδιότητες όσον αφορά τη δραστηριότητα, τη συγγένεια δέσμευσης ή την εξειδίκευση.
 |
Credit: Science
Μέσω της κατευθυνόμενης εξέλιξης, οι ερευνητές άλλαξαν σε αυτό το ένζυμο 12 αμινοξέα
(κόκκινοι κύκλοι) για να δώσουν μια πρωτεΐνη που θα μπορούσε να οξειδώσει τα αλκένια με έναν μοναδικό τρόπο
( Science 2017, DOI: 10.1126 / science.aao1482).caption
|
Ο Smith ανέφερε την αρχική μέθοδο εμφάνισης φάγου το 1985.
Σε αυτή τη μέθοδο γονιδιωματικής βιβλιοθήκη για τη διαλογή πρωτεϊνών που δεσμεύουν ένα συγκεκριμένο μόριο, το γονίδιο για κάθε μέλος της βιβλιοθήκης εισάγεται στο DΝΑ για την πρωτεΐνη του καλύμματος III του φάγου, ο οποίος είναι ένας ιός που μολύνει βακτήρια. Ο φάγος μολύνει και αναπαράγεται σε βακτήρια. Οι επιστήμονες στη συνέχεια χρησιμοποιούν το μόριο στόχο ως δόλωμα για να πολλαπλασιάσουν τους φάγους που απελευθερώνονται από τα βακτήρια που έχουν την πρωτεΐνη ενδιαφέροντος στην επιφάνειά τους.
 |
| Credit: Popular information. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2018. Wed. 3 Oct 2018. |
Η εύρεση της αλληλουχίας του γενετικού υλικού των συλλεγέντων φάγων αποδίδει τα γονίδια για πρωτεΐνες με επιθυμητή συγγένεια δέσμευσης.
Ο Winter επέκτεινε αυτή τη μέθοδο εμφάνισης φάγου στη διαλογή για νέα αντισώματα. Το 1990, η ομάδα του Winter ανέφερε την "εμφάνιση φάγου" ενός πτυχωμένου και πλήρως λειτουργικού θραύσματος αντισώματος που ονομάζεται μεταβλητό θραύσμα μονής αλυσίδας. Αυτή η πρώτη επίδειξη εντόπισε επιλεκτικά αντισώματα που θα μπορούσαν να δεσμευτούν στη λυσοζύμη στο ασπράδι του αυγού της όρνιθας αλλά όχι στην ανθρώπινη λυσοζύμη ή στη λυσοζύμη στο ασπράδι του αυγού της γαλοπούλας.
Η κατευθυνόμενη εξέλιξη και η εμφάνιση φάγων έχουν γίνει ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι. Το C & EN (Chemical & Engineering News) παρουσίασε την Provivi, μια εταιρεία που ιδρύθηκε από την Arnold και δύο από τους συνεργάτες της. Και οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εμφάνιση φάγου για την ταυτοποίηση αντισωμάτων με υψηλή συγγένεια σύνδεσης για χρήση ως φαρμακευτικά προϊόντα. Το πρώτο εγκεκριμένο φάρμακο που αναπτύχθηκε με χρήση φάγου είναι το Humira (adalimumab) της Abbvie's, το οποίο εγκρίθηκε από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων το 2002.
"Αυτό είναι ένα φανταστικό βραβείο που αναγνωρίζει τον τρόπο με τον οποίο η εργαστηριακή εξέλιξη, μέσα σε λίγες μικρές δεκαετίες, έχει φέρει επανάσταση στην ικανότητά μας να προσαρμόζουμε τις ιδιότητες των βιομορίων για εφαρμογές άσχετες με τη φύση", λέει ο Donald Hilvert, ειδικός στην κατευθυνόμενη εξέλιξη στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογία, Ζυρίχη.
Σχολιάζοντας τη βιολογική γεύση της φετινής χημείας Nobel, ο Peter K. Dorhout, πρόεδρος της American Chemical Society, λέει: "Αυτή είναι η χημεία. Η χημεία είναι ευρεία και βαθιά. Στην περίπτωση των εξελιγμένων ενζύμων, είναι η καταλυτική χημεία και η οργανική χημεία. Η ανάπτυξη και κατανόηση των κρίσιμων εργαλείων για την αξιολόγηση του τρόπου συμπεριφοράς των κυττάρων είναι επίσης η θεμελιώδης αναλυτική χημεία. "
Πηγή:
Chemical & Engineering News ISSN 0009-2347 Copyright © 2018 American Chemical Society,
Frances H. Arnold, George P. Smith, and Gregory P. Winter share 2018 Nobel Prize in Chemistry