Penggunaan Evolusi untuk Merancang Molekul Jaring Hadiah Nobel dalam Kimia untuk 3 Ilmuwan

Tiga ilmuwan berbagi Hadiah Nobel Kimia tahun ini karena memanfaatkan kekuatan biologi evolusi untuk merancang molekul dengan berbagai kegunaan praktis.
Itu termasuk obat-obatan baru, reaksi yang lebih efisien dan kurang toksik dalam pembuatan bahan kimia dan bahan bakar turunan tanaman untuk menggantikan minyak, gas, dan batubara yang diekstraksi dari tanah.
Setengah dari hadiah dan $ 1 juta yang menyertainya, diumumkan pada hari Rabu di Stockholm, pergi ke Frances H. Arnold, seorang profesor teknik kimia di Institut Teknologi California. Dia hanya wanita kelima yang memenangkan Nobel kimia dan yang pertama sejak 2009.
Separuh hadiah lainnya dibagikan oleh George P. Smith, seorang profesor emeritus ilmu biologi di University of Missouri, dan Gregory P. Winter, seorang ahli biokimia di M.R.C. Laboratorium Biologi Molekuler di Inggris.
Hadiah menyoroti penyempitan kesenjangan antara biologi dan beberapa bidang kimia sebagai ahli kimia beralih ke alam untuk inspirasi.
“Saya selalu ingin menjadi insinyur protein,” kata Dr. Arnold dalam sebuah wawancara. “Protein adalah mesin molekuler yang luar biasa, sangat kompleks tetapi bertanggung jawab untuk semua fungsi kehidupan. Saya ingin menjadi insinyur dunia biologis. ”
Awalnya, Dr. Arnold mencoba “desain rasional,” menggunakan logika dan pengetahuan tentang bagaimana protein berfungsi untuk mencoba membangun enzim baru – protein yang bertindak sebagai katalis untuk reaksi kimia. Tetapi enzim adalah molekul besar dan rumit – beberapa terdiri dari ribuan asam amino – dan sulit untuk mengetahui bagaimana perubahan dalam satu putaran molekul mempengaruhi cara kerjanya.
Dengan putus asa, katanya, dia beralih ke evolusi.
“Saya menyalin penemuan-penemuan alam, proses evolusi yang luar biasa ini, untuk membiakkan molekul seperti Anda membiakkan kucing dan anjing,” katanya.
Untuk penelitian “evolusi terarah” ini, ia memasukkan gen yang menghasilkan enzim yang ingin ia pelajari menjadi bakteri yang bereproduksi cepat. Dengan mutasi gen, dia kemudian dapat memeriksa seberapa baik variasi enzim bekerja. Dia memilih salah satu yang paling berhasil dan mengulangi prosesnya – sama seperti evolusi memilih kelangsungan hidup yang paling cocok dari generasi berikutnya.
“Masih ada banyak kritik pada saat itu mengenai apakah itu sains,” kata Christopher Voigt, seorang profesor bioteknologi di Massachusetts Institute of Technology dan pemimpin redaksi jurnal American Chemical Society’s Synthetic Biology journal. Dia juga seorang mahasiswa pascasarjana Dr. Arnold dua dekade lalu.
Dalam eksperimen awalnya pada 1990-an, ia mampu menghasilkan enzim lebih dari 200 kali seefektif yang ia mulai dengan generasi ketiga.
Inovasi berikutnya, seperti yang disoroti dalam materi yang dipasok oleh Royal Swedish Academy of Sciences, datang dari Willem P.C. Stemmer, seorang peneliti Belanda yang menemukan cara untuk menghasilkan bermacam-macam varian enzim yang lebih luas dengan lebih cepat.
Teknik ini, yang disebut pengocokan DNA, memisahkan versi gen yang berbeda dan potongan-potongan yang dicampur menjadi varian baru – semacam molekul yang setara dengan pencampuran genetik dalam keturunan dua hewan. (Nobel hanya diberikan kepada ilmuwan yang masih hidup; Dr. Stemmer meninggal pada 2013.)
Teknik-teknik ini telah menyebabkan enzim penghilang noda dalam deterjen cucian dan kemajuan yang menjanjikan dalam produksi biofuel.
Arnold, yang telah dihormati dengan banyak penghargaan untuk penelitiannya, tidak mengharapkan Nobel. Dia tertidur di kamar hotel di Dallas, di mana dia dijadwalkan memberikan ceramah. Dering telepon selulernya membangunkannya.
“Saya selalu berpikir, itu adalah ‘Salah satu anggota keluarga saya membutuhkan sesuatu,'” katanya. “Saya melihat nomor teleponnya, dan saya mengenali Eropa. Saya berkata, oh ya ampun, jadi seseorang di Eropa membutuhkan sesuatu. ”
Itu adalah seseorang yang menelepon dari Stockholm mengatakan dia telah memenangkan Nobel. “Pada saat itu mulutku turun dan aku tidak bisa berkata-kata,” katanya. “Yang langka.”
Dia membatalkan kuliah – “Saya akan menjadi tamu yang buruk,” katanya – dan terbang kembali ke California untuk konferensi pers di Caltech tentang Nobelnya.
Dr. Smith dan Dr. Winter merasa terhormat untuk sudut lain dari biologi sintetik, bidang yang muncul pada 1980-an setelah teknik yang disebut reaksi rantai polimerase memungkinkan duplikasi DNA yang banyak. Dalam pekerjaan mereka, memanfaatkan kekuatan bakteriofag – virus yang menginfeksi bakteri – untuk aplikasi yang pada akhirnya berkontribusi pada obat baru yang mengobati berbagai penyakit.
Dr. Smith sedang mencari untuk mengidentifikasi gen yang tidak diketahui yang merupakan cetak biru untuk produksi peptida yang diketahui – potongan protein pendek.
Bakteriofag, yang terdiri dari sepotong DNA dalam kapsul protein, terbukti merupakan alat yang berguna. Dia menanamkan berbagai kandidat gen dalam DNA fag. Fag kemudian menambahkan protein tersebut ke lapisan luarnya.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *