Nóbelsverðlaun í hagnýtri þróunarfræði

Hvernig getum við þróað ný lyf, betri ensím og hreinari efnavörur?

 

Ein leið er að ráða Darwin í vinnu. Eða öllu heldur hagnýta þróunarlögmálið.

 

Nóbelsverðlaunin fyrir efnafræði árið 2018 voru veitt þremur vísindamönnum sem voru frumkvöðlar í því að hagnýta náttúrulegt val til að ná framförum í efna og prótínsmíð.

 

Margir vísindamenn vinna við að leysa hagnýt vandamál, t.d. að búa til kröftugari sýklalyf eða lyf með minni aukaverkunum. Ein leið til að gera slíkt er að reyna að hanna betri sameindir, út frá bestu þekkingu á virkni þeirra eða efnasamsetningu. Hin leiðin er sú að hagnýta hið náttúrulegusta af öllum lögmálum lífríkisins, sem Charles R. Darwin og Alfred R. Wallace lýstu í greinum árið 1858.

 

Lögmálið byggir á nokkrum grunnforsendum.

 

Í fyrsta lagi, breytileiki þarf að vera til staðar.

 

Í öðru lagi, þarf breytileikinn að vera arfgengur að einhverjum hluta.

 

Í þriðja lagi, þarf breytileikinn að hafa áhrif á viðgang einstaklings (eða gerðar).

 

Í fjórða lagi, barátta er fyrir lífinu, fleiri einstaklingar verða til en komast til næstu kynslóðar. Af þessum fjórum forsendum mun náttúrulegt val leiða til aðlögunar, og betrumbæta lífverur og eiginleika þeirra.

 

Náttúrulegu vali má beita til að "þróa" virkni efna og prótína.

 

Sem er einmitt það sem Frances Arnold gerði í rannsóknum sínum á seinni hluta síðustu aldar. Fyrst reyndi hún að nota upplýstar aðferðir, þ.e.a.s. að nota sína bestu þekkingu á eiginleikum prótína til að gera ensímin betri. En besta þekking var ónóg, og ávinningurinn takmarkaður. Náttúrulegt val er hinsvegar blint, það þarf ekki að vita neitt um eiginleika lífveranna, heldur veljast skástu gerðirnar fram yfir hinar, alveg sjálfkrafa.

 

Það sem Frances gerði var að einangra gen fyrir tiltekið ensím. Geninu var stökkbreytt handahófskennt, búnar til hundruðir eða þúsundir af ólíkum gerðum, með erfðatækni og fjölgun í örverum. Því næst var valið á grundvelli virkni ensímsins, og þau tilbrigði af geninu notuð fyrir næstu umferð. Með því að endurtaka ferlið nokkrum sinnum varð alltaf til betra og betra ensím.

 

Í einni tilraun varð til 200 sinnum virkara ensím á 3 kynslóðum.

 

Næsta bylting í fræðunum var síðan þegar útraðastokkun var hagnýtt. Þar var ólíkum útgáfum af tilteknu geni stokkað saman, dáldið eins og þegar spil eru stokkuð. Þetta ferli finnst líka í náttúrunni, þegar litningar eru stokkaðir saman í ferli sem kallat endurröðun. Það hefur einnig ávinning fyrir þróun lífvera, og vitanlega einnig gervival fyrir betri ensímum.

 

Með rannsóknum sínum gat Frances Arnold og samstarfsmenn hagnýtt náttúruleg lögmál.

 

Arnold deildi verðlaununum með George P. Smith og Gregory P. Winter. Þeirra framlag gekk út á svipaða hagnýtingu þróunarlögmálsins, með því að fjöldaframleiða ólík prótín á ytrabyrði veiruagna, sem auðveldar skimanir fyrir breytileika í lífvirkni þeirra.

 

Ítarefni:

Use of Evolution to Design Molecules Nets Nobel Prize in Chemistry for 3 Scientist, NY Times, 3. október 2018.