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。通過定向進化產生的酶用于制造從生物燃料到藥物的所有物質。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移性癌癥。自從生命的第一顆種子出現在大約37億年前，地球上幾乎每個縫隙都充滿了不同的生物。生命已經蔓延到溫泉，深海和干燥的沙漠，這一切都是因為進化已經解決了許多化學問題。生命的化學工具 - 蛋白質 - 已經過優化，改變和更新，創造了令人難以置信的多樣性。今年的諾貝爾化學獎獲得者受到進化力量的啟發，并使用相同的原理 - 遺傳變化和選擇 - 來開發解決人類化學問題的蛋白質。今年諾貝爾化學獎的一半獎授予Frances H. Arnold。 1993年，她進行了酶的第一次定向進化，這是一種催化化學反應的蛋白質。從那時起，她已經改進了現在常用于開發新催化劑的方法。 Frances Arnold酶的用途包括更環保的化學物質制造，如藥品，以及為更環保的運輸部門生產可再生燃料。今年的另一半諾貝爾化學獎由George P. Smith和Sir Gregory P. Winter共同分享。 1985年，喬治史密斯開發了一種稱為噬菌體展示的優雅方法，其中噬菌體 - 一種感染細菌的病毒 - 可用于進化新蛋白質。 Gregory Winter使用噬菌體展示進行抗體的定向進化，目的是生產新的藥物。第一種基于這種方法的阿達木單抗于2002年獲得批準，用于治療類風濕性關節炎，牛皮癬和炎癥性腸病。從那時起，噬菌體展示產生了可以中和毒素，抵抗自身免疫疾病和治愈轉移性癌癥的抗體。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，美國加州大學伯克利分校。 Linus Pauling美國加州理工學院化學工程，生物工程和生物化學教授，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，劍橋，美國哥倫比亞密蘇里大學生物科學榮譽教授。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。 研究負責人，英國劍橋分子生物學MRC實驗室。 www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/group-leaders/emeritus/greg-winter/

地球的生命經過長期進化最終獲得強大的適應力，散布于各種嚴酷環境，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、醫學等眾多領域中遇到的難題也就迎刃而解。

　　美國科學家弗朗西絲·阿諾德、喬治·史密斯以及英國科學家格雷戈里·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年諾貝爾化學獎。

人進化

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

　　中國教育部長江學者特聘教授、華南理工大學生物科學與工程學院院長林章凜曾在阿諾德的實驗室擔任博士后。他接受新華社記者采訪時說，阿諾德的巨大原創性貢獻在于，改變原先人類希望理性設計生物分子的想法，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。

　　“這對于生物化學界來說，是一種哲學和方法學的巨大貢獻。”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，首次實現了她的理論。經過多年發展，阿諾德的實驗室生成的酶已經能夠催化那些自然界中都不存在的化學反應，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許多材料制作的重要工具，它在生產過程中能避免產生許多污染環境的副產物。

噬菌體

　　與阿諾德分享今年諾貝爾化學獎的史密斯則研發了一種名為噬菌體展示的新技術。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構基因的適當位置，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。這種技術可應用于研究與蛋白質相互作用的配體，以及進行蛋白質演化等。

抗體進化

　　溫特將史密斯的這項技術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。基于這種新技術開發的藥物已在2002年獲得相關批準，可用于類風濕性關節炎等疾病的治療。

　　諾貝爾化學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問題——解讀2018年諾貝爾化學獎成果 新華社記者 張家偉　付一鳴

圖：https://www.nobelprize.org/