Der diesjährige Nobelpreis für Chemie wurde an drei Forscher verliehen, deren Pionierarbeit mit Proteinen nach den Worten eines Komiteemitglieds „die Prinzipien von Darwin im Reagenzglas angewendet hat“.
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Frances H. Arnold vom California Institute of Technology - erst die fünfte Nobelpreisträgerin in der 117-jährigen Geschichte des Chemiepreises - wurde für die Durchführung der ersten gerichteten Evolution von Enzymen oder Katalysatoren, die die Herstellung chemischer Substanzen ermöglichen, wie zum Beispiel für die Umwelt, ausgezeichnet Pharmazeutika und Biokraftstoffe. George P. Smith von der University of Missouri und Sir Gregory P. Winter vom MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge wurden gemeinsam für ihre Beiträge zur Phagendisplay-Methode geehrt, mit der neue Proteine entwickelt und leistungsfähige Pharmazeutika hergestellt werden können.
Arnold wird die Hälfte des Preisgeldes von rund 1, 01 Millionen US-Dollar mit nach Hause nehmen, während Smith und Winter die verbleibenden Mittel aufteilen werden.
Laut einer Erklärung der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, die für die Nominierung und Auswahl der Nobelpreisträger für Physik und Chemie verantwortlich ist, haben sich die drei Preisträger „von der Kraft der Evolution inspirieren lassen und dieselben Prinzipien angewendet - genetische Veränderung und Selektion - Proteine zu entwickeln, die die chemischen Probleme der Menschheit lösen. “
Frances Arnold, die mit dem #Nobelpreis 2018 ausgezeichnet wurde, führte die erste gerichtete Evolution von Enzymen durch, bei denen es sich um Proteine handelt, die chemische Reaktionen katalysieren. Enzyme, die durch gerichtete Evolution hergestellt werden, werden zur Herstellung von Biokraftstoffen bis hin zu pic.twitter.com/TGRxgjEHzv verwendet
- Der Nobelpreis (@NobelPrize) 3. Oktober 2018
Nicola Davis vom Guardian berichtet, dass Arnolds gerichtete Evolution von Enzymen (Proteinen, die chemische Reaktionen katalysieren oder beschleunigen) im Wesentlichen auf die Einführung genetischer Mutationen hinausläuft, die es Enzymen ermöglichen, effizienter oder auf eine Art und Weise zu arbeiten, die sie normalerweise nicht würden.
Dieser Prozess ist von der Evolution inspiriert: Nach der Theorie von Charles Darwin neigen Organismen mit vorteilhaften Merkmalen dazu, mehr Nachkommen zu haben und schließlich eine natürliche Selektion auszulösen, die diejenigen begünstigt, die für das Überleben und die Fortpflanzung gerüstet sind, gegenüber solchen, die für ihre Umwelt weniger geeignet sind. In Arnolds Experimenten entsprechen diese vorteilhaften Eigenschaften mutierten Enzymen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und starke Lösungsmittel, Schwermetalle und ätzende Säuren bei der Herstellung von Pharmazeutika, Kunststoffen und anderen Chemikalien ersetzen können.
Arnolds Arbeit hat sie an die Spitze der Enzymforschung gebracht. Die Royal Swedish Academy merkt an, dass die in ihrem Labor hergestellten Katalysatoren Materialien produzieren können, die es in der Natur noch nicht gibt, chemische Reaktionen beschleunigen, weniger Nebenprodukte produzieren und in bestimmten Fällen die in der traditionellen Chemie üblichen Schwermetalle ersetzen. Derzeit liegt ihr Hauptaugenmerk auf der Erzeugung erneuerbarer Energien mit dem langfristigen Ziel, umweltfreundliche Kraftstoffe zu schaffen, die den Verkehrssektor revolutionieren werden.
"Vor 25 Jahren galt [diese Technologie] als der Wahnsinnsrand", erklärte Arnold in einem Interview von 2014, das ihre Aufnahme in die National Inventors Hall of Fame markierte. „Wissenschaftler haben das nicht getan. Das haben die Herren nicht gemacht. Aber da ich Ingenieur und kein Gentleman bin, hatte ich kein Problem damit. “
Als nur die fünfte Frau von mehr als 178 Preisträgern, die den Chemiepreis erhalten hat, ist Arnolds Sieg von Bedeutung. Nur 3 Prozent der Wissenschaftspreise wurden an Frauen in der Wissenschaft vergeben, berichtete Erin Ross letztes Jahr für Axios . Wissenschaftlerinnen wurden vom Nobelkomitee in der Vergangenheit abgelehnt. Die dritte Frau, die jemals den Physikpreis erhalten hat, wurde gestern ausgezeichnet.
Der #Nobelpreisträger von 2018, George Smith, entwickelte eine Methode, die als Phagendisplay bekannt ist und bei der ein Bakteriophage - ein Virus, der Bakterien infiziert - zur Entwicklung neuer Proteine verwendet werden kann. pic.twitter.com/roX8uOFICe
- Der Nobelpreis (@NobelPrize) 3. Oktober 2018
Die anderen diesjährigen Preisträger - Smith und Winter - haben beide wichtige Beiträge zur Phagendisplay-Methode geleistet, bei der ein bakterieninfizierendes Virus als Bakteriophage für die Entwicklung neuer Proteine identifiziert wird. Smith entwickelte das Verfahren 1985 und Winter baute auf seiner Forschung auf, um die gerichtete Evolution von Antikörpern und anschließend die Produktion neuer Pharmazeutika durchzuführen.
Einer Aussage der Royal Swedish Academy zufolge wusste Smith, dass es möglich ist, das genetische Material eines Phagen (Virus, das Bakterien infiziert) zu manipulieren und die Moleküle auf seiner Oberfläche zu verändern. Daher entschied er sich, das Virus als Mittel zur Identifizierung eines unbekannten Gens für ein Virus zu verwenden bekanntes Protein und umgekehrt. Wie Davis vom Guardian erklärt, konnte Smith, sobald er ein bestimmtes Gen in einen Phagen eingefügt hatte, das Protein identifizieren, das auf seiner Oberfläche entstand, und die Beziehung zwischen bestimmten Genen und Proteinen besser verstehen.
Sir Gregory Winter, der mit dem #NobelPrize in Chemistry ausgezeichnet wurde, hat Phagendisplay zur Herstellung neuer Pharmazeutika verwendet. Heutzutage hat Phage Display Antikörper produziert, die Toxine neutralisieren, Autoimmunerkrankungen entgegenwirken und metastasierten Krebs heilen können. pic.twitter.com/p5fOfo0DwJ
- Der Nobelpreis (@NobelPrize) 3. Oktober 2018
Winters Forschung stützt sich auf die Phasenanzeige für die gerichtete Evolution von Antikörpern oder Y-förmigen Proteinen, die an infektiöse Viren und Bakterien anhaften und Immunzellen wissen lassen, dass sie eine versuchte Invasion abwehren müssen. In den neunziger Jahren haben er und seine Kollegen Arzneimittel entwickelt, die wie Antikörper gegen bestimmte Krankheiten wirken, und bis 2002 ein von Antikörpern inspiriertes Arzneimittel entwickelt, das offiziell für die Behandlung von rheumatoider Arthritis zugelassen ist. Die Phagendarstellung von Antikörpern kann heute zur Behandlung von Krankheiten wie metastasierendem Krebs, entzündlichen Darmerkrankungen und Milzbrandvergiftungen eingesetzt werden.
"So gut wie jeder Nobelpreisträger weiß, dass das, wofür er den Preis erhält, auf vielen Präzedenzfällen beruht, auf einer Vielzahl von Ideen und Forschungsergebnissen, die er nutzt, weil er zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist", sagte Smith an einem frühen Morgen Interview mit der Associated Press.
Er kommt zu dem Schluss: „Nur sehr wenige Forschungsdurchbrüche sind neu. Praktisch alle von ihnen bauen auf dem auf, was zuvor passiert ist. Es ist Zufall. Das war sicherlich bei meiner Arbeit der Fall. Meins war eine Idee in einer Forschungslinie, die ganz natürlich auf den bisherigen Forschungslinien aufbaut. “
