Bizimle iletişime geçin

Plato Dikey Arama

Biyoteknoloji

MIT'de Nobel ödüllü Frances Arnold, inovasyonu evrim yoluyla anlatıyor

“Mühendisler olarak, gezegende mutlaka var olmayan veya hiç var olmamış olabilecek, ancak gerçek sorunları çözen şeyler yaratmak istiyoruz” dedi. Frances H.Arnold 2021 Ekim'de 1 Hoyt C. Hottel Kimya Mühendisliği dersinde.

Enzimleri optimize etmek ve yaratmak için evrim sürecinden yararlanan Caltech'te Pauling Kimya Mühendisliği, Biyomühendislik ve Biyokimya Profesörü Arnold, alternatif enerji, tıp ve çeşitli endüstrilerdeki uygulamalarla bir mühendislik alanı başlattı. Araştırmaları ona 2018 Nobel Kimya Ödülü'nün yanı sıra ABD Ulusal Mühendislik Akademisi Charles Stark Draper Ödülü (2011), ABD Ulusal Teknoloji ve Yenilik Madalyası (2011) ve Milenyum Teknoloji Ödülü'nü (2016) kazandı. .

Arnold, başlangıçta Hottel sunumunun 18 aydan beri canlı bir izleyici kitlesine ilk kez konuştuğunu belirtti - bu bir kutlama nedeniydi. “Yeni Kimyayı Hayata Getirmek” başlıklı konuşmasında Arnold, acil küresel sorunları daha iyi enzimler (biyolojide ve çok çeşitli üretilmiş ürün ve işlemlerde kimyasal reaksiyonları katalize eden proteinler) yoluyla çözmeye yönelik amansız arayışının hikayesini anlattı. Anlatımı, kendi sözleriyle, doğanın araçlarını kullanarak “doğanın sağladığından daha iyi çalışan” enzimler üretmek için DNA ile “oluşturmak” için on yıllarca süren çabasını anlattı.

Ders Kimya Mühendisliği Bölümü sponsorluğunda yapıldı ve bölüm başkanı ve Enstitü Profesörü Paula T. Hammond tarafından tanıtıldı.

anlaşılmaz olasılıklar

Arnold, 1980'lerin sonlarında genetikteki en son yeniliklerden yararlanmaya hevesli bilim adamlarının öncüsüydü. Araştırmacılar, DNA'nın proteinleri nasıl kodladığını ve DNA'nın nasıl düzenleneceğini bulmuşlardı. Ancak yüksek verimli hesaplama ve proteinleri kataloglamak için devasa veritabanlarından önceki bir çağda, hiçbir laboratuvar gerçekçi bir zaman ölçeğinde istenen özellikleri seçmek için genetik dizileri manipüle edemezdi. Arnold, "300 farklı amino asit ile 20 amino asit uzunluğunda tipik bir küçük protein - bu olası dizilerin alanı, kavrayabileceğiniz her şeyden daha büyüktür" dedi.

Arnold, o sırada bilim adamlarının karşı karşıya olduğu zorluğun ona Jorge Luis Borges'in 1941 tarihli kısa öyküsü "Babil Kütüphanesi"ni hatırlattığını söyledi. Bu devasa kitap koleksiyonunda, düzen ve içerik tamamen rastgele ve "kütüphaneciler, bir edebiyat eseri bir yana, anlamlı bir cümleye sahip bir kitap bulma konusunda umutsuzluğa kapılıyorlar" dedi. "İşte buradayım, Caltech'te yardımcı doçent, olası tüm proteinlerin bulunduğu bu kütüphanedeyim ve 'Moby Dick'i bulmam gerekiyor."

Bu bataklıktan kurtulmak için Arnold, moleküllerdeki doğal seçilimin işleyişini ortaya koyan İngiliz biyolog John Maynard Smith'ten ilham aldı. DNA dizilerinde rutin olarak ortaya çıkan mutasyonlar, ya protein başarısızlığına ve hattın sonuna ya da hayatta kalan ve gelecek nesilleri doğurabilecek daha uygun bir protein varyantına yol açabilir. Arnold, "Bu benim için güçlü bir fikirdi" dedi. "Eğer moleküllerin üreticisiysem, kimin bir sonraki nesle devam etmeye uygun olduğuna ben karar veririm." Arnold tarafından daha iyi katalizörler üretmek için geliştirilen süreç olan yönlendirilmiş enzim evriminin arkasındaki kıvılcım buydu.

Seçici üreme enzimleri

İlan. Okumaya devam etmek için kaydırın.

Arnold, vizyonunu gerçekleştirmek için laboratuvarında titiz bir metodolojinin rehberliğinde bir fabrika kurdu. İlgilenilen enzimleri örnekledi ve gelişmiş fonksiyonlara yol açabilecek DNA dizilerini belirledi. Daha sonra bu dizilerde mutasyonlar üretti ve konakçı bakterileri kullanarak özelliklerini değerlendireceği enzimler yarattı. Arnold, aradığı özelliklere sahip bir enzime ulaşana kadar bu işlemi tekrar tekrar tekrarladı.

Yönlendirilmiş enzim evrimini takip eden ilk yıllarının sonucu, kirde bulunabilen bir enzim olan yeni bir subtilisin türüydü. (“Dört milyar yıllık doğal seçilim bize, ayakkabınızın altından kazıyabileceğiniz proteinler verdi,” dedi Arnold.) Tasarlanmış subtilisin, kimyasal uygulamalar için son derece yararlı olan bir özellik olan sert bir çözücüde işlev görebilir. Bu versiyon aynı zamanda Arnold'un araştırmasının kapsayıcı bir hedefini de karşıladı: kimyagerler tarafından sentezlenenlerin yerini alacak biyolojik temelli enzimler yapmak, genellikle çevreye zarar veren malzemeler içerir.

"Basit, iyi bir mühendislikti, çamaşır deterjanı enzimleri gibi ürünlere yol açan ve bana hayatımın en büyük ödülünü kazandıran algoritmik bir süreçti ve 2017'de 'The Big Bang Theory' setinde yer almamı sağladı."

Doğayı taklit etmek

Yönlendirilmiş enzim evrimi, Arnold'un laboratuvarının yanı sıra dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlardan optimize edilmiş ve yeniden tasarlanmış enzimler üzerinde bir aktivite seli ortaya çıkardı. Biyokataliz, halojen, flor veya klor gibi elementleri içeren moleküllerde kimyasal bağların oluşumunu koaksiyel hale getirmek için biyolojik bazlı enzimlerin çoğalmasıyla birlikte dönüştürücü bir endüstri haline geliyor. 2016 yılında, Arnold'un laboratuvarı, bir karbon-silikon bağı oluşturmak için canlılarda normalde önemli biyolojik reaksiyonları katalize eden bir enzim tasarladı. Bu bir ilkti. Arnold, "Bakterileri, işi en iyi insan kimyagerden 50 kat daha iyi yapan bir mutantla bu bağları üretecek şekilde programlayabiliriz ... ve çevresel yıkım olmadan" dedi.

Bu tür kimyasal bağların etrafında inşa edilen moleküller, ilaç, tarım, yarı iletken ve yenilenebilir enerji endüstrilerinde yüksek talep görmektedir. İhtiyacı karşılamak için geleneksel sentetik kimya, tehlikeli maddelere, zorlu ve çoğu zaman maliyetli üretim koşullarına dayanır. Arnold, yöntemlerinin daha çevre dostu ve daha ucuz bir alternatif sunduğuna inanıyor.

“Doğayı ve tüm yaşamı doğuran güçlü süreci” taklit ederek, “istediğimiz her şeyi yapmak için bol miktarda yenilenebilir kaynak kullanabiliriz” dedi. Arnold dinleyiciler arasında öğrencileri selamladı: “Bununla çalışmak harika bir şey; muhteşem fikirlerle gel!” Kapanışta, "Bu süreci nasıl kullanacağımızı öğrenebilirsek, güzel gezegenimizle birlikte uyum sağlayabilir, gelişebilir ve yenilik yapabiliriz" dedi.

Hoyt C. Hottel, 1928'den 1968'e kadar MIT öğretim üyesi olarak görev yaptı. Hoyt C. Hottel Lectureship, 1985 yılında Kimya Mühendisliği Bölümü'ne ve öğrencilerine yaptığı katkıları takdir etmek ve Yakıtlar Araştırma Laboratuvarı'nın kurulmasına ve yönetilmesine katkı sağlamak amacıyla kuruldu. . Ders, gelecek nesil öğrencileri teşvik etmek için seçkin akademisyenleri MIT'ye çekmeyi amaçlamaktadır. Dershane, 2020'de Covid-19 salgını sırasında ara verdikten sonra bu yıl yeniden başladı.

Plato Ai. Web3 Yeniden Düşünüldü. Güçlendirilmiş Veri Zekası.
Erişmek için buraya tıklayın.

Kaynak: https://news.mit.edu/2021/innovation-evolution-frances-arnold-1022

İlan. Okumaya devam etmek için kaydırın.

Tarafından Yazılmıştır

reklâm

İlgili Akışlar

Blockchain

Bugün, kripto para birimlerinin kullanımındaki risklere ve hükümetlerin kripto para birimleri üzerindeki kontrolünü sıkılaştırma hamlelerine rağmen, kripto para birimleri giderek daha yaygın...

Blockchain

MyTona, Rusya'da Metaverse sektöründeki planlarını açıklayan ilk şirket oldu. Yakutsk merkezli oyun geliştiricisi bir sürümde söyledi...

Blockchain

ELON ve astronomik dalgalanmaları her zaman insanları kripto alanından şaşırtmayı başardı. Örneğin, söz konusu madeni para oldukça yakın zamanda büyük bir rekor kırdı...

Blockchain

Oyna-kazan oyun platformu Axie Infinity kısa süre önce Twitter'da "A Genesis Land Plot az önce 550 ETH'ye satıldı" mesajını yayınladı. 2.3 milyon dolara mal oldu...