"Gẹgẹbi awọn onise-ẹrọ, a fẹ lati ṣẹda awọn ohun ti ko ni dandan tẹlẹ lori ile aye, tabi o le ma ti wa tẹlẹ, ṣugbọn ti o yanju awọn iṣoro gidi," ni o sọ. Frances H. Arnold ni 2021 Hoyt C. Hottel Lecture in Chemical Engineering on Oct. 1.

Lilo ilana ti itankalẹ lati mu ki o ṣẹda awọn enzymu, Arnold, Pauling Professor of Chemical Engineering, Bioengineering and Biochemistry at Caltech, ṣe ifilọlẹ aaye ti imọ-ẹrọ pẹlu awọn ohun elo ni agbara yiyan, oogun, ati awọn ile-iṣẹ Oniruuru. Iwadi rẹ jẹ ki o gba Ebun Nobel 2018 ni Kemistri, bakanna bi Ẹbun Charles Stark Draper ti Ile-ẹkọ giga ti Orilẹ-ede AMẸRIKA (2011), Medal Orilẹ-ede AMẸRIKA ti Imọ-ẹrọ ati Innovation (2011), ati Ẹbun Imọ-ẹrọ Millennium (2016) .

Igbejade Hottel rẹ, Arnold ṣe akiyesi ni ibẹrẹ, ni igba akọkọ ti o ti ba awọn olugbo ifiwe sọrọ ni awọn oṣu 18 - idi kan fun ayẹyẹ. Ninu ọrọ naa, “Nmu Kemistri Tuntun wa si Igbesi aye,” Arnold sọ itan ti ibeere rẹ ti ko ni itara lati koju awọn italaya agbaye ni iyara nipasẹ awọn enzymu to dara julọ - awọn ọlọjẹ ti n mu awọn aati kemikali ṣiṣẹ ninu isedale ati ni ọpọlọpọ awọn ọja ati ilana iṣelọpọ. Itan-akọọlẹ rẹ ṣapejuwe igbiyanju rẹ-ọpọlọpọ ọdun lati, ninu awọn ọrọ rẹ, “kọ” pẹlu DNA, lilo awọn irinṣẹ ti iseda lati ṣe ipilẹṣẹ awọn enzymu “ti o ṣiṣẹ daradara ju ohun ti ẹda ti pese.”

Ẹka ti Imọ-ẹrọ Kemika ni onigbọwọ ikẹkọ naa, ati pe a ṣe agbekalẹ nipasẹ olori ẹka ati Ọjọgbọn Institute Paula T. Hammond.

Awọn iṣeeṣe ti ko ni oye

Arnold wa ninu oluṣọ ti awọn onimọ-jinlẹ ni ipari awọn ọdun 1980 ni itara lati lo awọn imotuntun tuntun ninu awọn Jiini. Awọn oniwadi ti ṣayẹwo bi DNA ṣe ṣe koodu fun awọn ọlọjẹ, ati bii o ṣe le ṣatunkọ DNA. Ṣugbọn ni akoko kan ṣaaju ṣiṣe iṣiro iṣelọpọ giga ati awọn apoti isura infomesonu nla fun awọn ọlọjẹ katalogi, ko si laabu ti o le ṣe afọwọyi awọn ilana jiini lati yan fun awọn ohun-ini ti o fẹ ni iwọn akoko gidi kan. “Amuaradagba kekere kan ti o jẹ aṣoju 300 amino acids gigun pẹlu 20 oriṣiriṣi amino acids - aaye ti awọn ilana ti o ṣeeṣe jẹ tobi ju ohunkohun ti o le loye,” Arnold sọ.

Arnold sọ pé ìpèníjà tí ó dojú kọ àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì nígbà yẹn, rán an létí ìtàn kúkúrú Jorge Luis Borges 1941, “Ibi-ikawe ti Babel.” Ninu akojọpọ nla ti awọn iwe, aṣẹ ati akoonu jẹ laileto patapata, ati “awọn onkọwe ni ireti lati wa iwe lailai ti o ni gbolohun ọrọ ti o nilari, o kere si iṣẹ iwe,” o sọ. “Nitorinaa, emi wa, oluranlọwọ ọjọgbọn ni Caltech, ninu ile-ikawe ti gbogbo awọn ọlọjẹ ti o ṣeeṣe, ati pe Mo ni lati wa 'Moby Dick'.”

Láti bọ́ lọ́wọ́ ìbànújẹ́ yìí, Arnold fa ìmísí láti ọ̀dọ̀ onímọ̀ nípa ohun alààyè ọmọ ilẹ̀ Gẹ̀ẹ́sì náà, John Maynard Smith, ẹni tí ó sọ àwọn iṣẹ́ àyànfẹ́ àdánidá nínú àwọn molecule. Awọn iyipada ti o ṣe agbejade nigbagbogbo ni awọn ilana DNA le ja si ikuna amuaradagba ati opin laini, tabi si iyatọ amuaradagba fitter ti o ye ati pe o le fa awọn iran iwaju. “Eyi jẹ imọran ti o lagbara fun mi,” Arnold sọ. "Ti emi ba jẹ olutọ awọn ohun elo, Mo pinnu ẹniti o yẹ lati lọ si iran ti mbọ." Eyi ni sipaki lẹhin itankalẹ enzymu ti a darí - ilana ti o dagbasoke nipasẹ Arnold lati ṣe ẹlẹrọ awọn ayase to dara julọ.

Awọn enzymu ibisi yiyan

Lati mọ iran rẹ, Arnold ṣẹda ile-iṣẹ kan ninu laabu rẹ ti o ni itọsọna nipasẹ ọna ti o le. O ṣe apẹẹrẹ awọn enzymu ti iwulo, o si ṣe idanimọ awọn ilana DNA ti o le ja si awọn iṣẹ imudara. Lẹhinna o ṣe ipilẹṣẹ awọn iyipada ni awọn ọna wọnyi ati, lilo awọn kokoro arun ti o gbalejo, ṣẹda awọn enzymu ti awọn ohun-ini rẹ yoo ṣe iṣiro. Arnold tun ṣe ilana yii lẹẹkansi ati lẹẹkansi titi o fi de enzymu kan pẹlu awọn ohun-ini ti o wa.

Abajade ti awọn ọdun akọkọ rẹ ti n lepa itankalẹ henensiamu itọsọna jẹ ajọbi tuntun ti subtilisin, enzymu kan ti o le rii ni idoti. ("Ọdun bilionu mẹrin ti aṣayan adayeba ti fun wa ni awọn ọlọjẹ ti o le yọ kuro ni isalẹ ti bata rẹ," Arnold ṣe akiyesi.) Subtilisin ti a ṣe atunṣe le ṣiṣẹ ni epo ti o lagbara, ohun-ini ti o jẹ ki o wulo pupọ fun awọn ohun elo kemikali. Ẹya yii tun ni itẹlọrun ibi-afẹde nla ti iwadii Arnold: ṣiṣe awọn enzymu ti o da lori biological lati rọpo awọn ti a ṣepọ nipasẹ awọn kemistri, eyiti o kan awọn ohun elo iparun nigbagbogbo.

“O rọrun, imọ-ẹrọ to dara, ilana algorithmic kan ti o yori si awọn ọja bii awọn enzymu ifọṣọ ifọṣọ, ati pe o gba mi ni iyin nla julọ ti igbesi aye mi, ati ifarahan lori ṣeto ti 'The Big Bang Theory' ni ọdun 2017.”

Emulating iseda

Itankalẹ henensiamu ti a darí ṣe ṣiṣi iṣan omi ti iṣẹ ṣiṣe lori iṣapeye ati awọn enzymu ti a tunṣe lati laabu Arnold, ati lati awọn laabu ni ayika agbaye. Biocatalysis ti n di ile-iṣẹ iyipada, pẹlu afikun ti awọn ensaemusi ti o da lori isedale lati ṣe idasile dida awọn ìde kemikali ninu awọn ohun elo ti o ni iru awọn eroja bii halogen, fluorine, tabi chlorine ninu. Ni ọdun 2016, laabu Arnold ṣe apẹrẹ henensiamu kan ti o ṣe deede awọn aati ti ẹda pataki ninu awọn ohun alãye lati ṣe adehun asopọ carbon-silicon. O jẹ akọkọ. “A le ṣe eto awọn kokoro arun lati ṣe agbejade awọn ifunmọ wọnyi pẹlu ẹda ti o ṣe iṣẹ naa ni awọn akoko 50 dara julọ ju kemistri eniyan ti o dara julọ… ati laisi iparun ayika,” Arnold sọ.

Awọn ohun elo ti a ṣe ni ayika iru awọn iwe ifowopamosi kemikali wa ni ibeere giga ni ile elegbogi, ogbin, semikondokito, ati awọn ile-iṣẹ agbara isọdọtun. Lati pade iwulo naa, kemistri sintetiki aṣa da lori awọn ohun elo eewu, lile ati nigbagbogbo awọn ipo iṣelọpọ idiyele. Arnold gbagbọ pe awọn ọna rẹ nfunni ni ore ti ayika ati yiyan ti ko gbowolori.

Nípa ṣíṣe àfarawé ìṣẹ̀dá “àti ìlànà alágbára tí ó jẹ́ kí gbogbo ìwàláàyè,” ni ó sọ, “a lè lo ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun àmúlò láti ṣe ohun gbogbo tí a lè fẹ́.” Arnold gbóríyìn fún àwọn akẹ́kọ̀ọ́ nínú àwùjọ pé: “Ohun àgbàyanu ni láti ṣiṣẹ́ pẹ̀lú; wa pẹlu awọn imọran iyalẹnu! ” Ni ipari, o sọ pe, “Ti a ba le kọ ẹkọ bi a ṣe le lo ilana yii, a le ṣe deede, dada, ati tuntun ni papọ pẹlu ile-aye ẹlẹwa wa.”

Hoyt C. Hottel ṣiṣẹ bi ọmọ ẹgbẹ Oluko MIT lati 1928 si 1968. Hoyt C. Hottel Lectureship ti dasilẹ ni 1985 lati ṣe idanimọ awọn ifunni rẹ si Sakaani ti Imọ-ẹrọ Kemikali ati awọn ọmọ ile-iwe rẹ, ati si idasile ati itọsọna ti Ile-iṣẹ Iwadi Awọn epo . Ikẹkọ jẹ ipinnu lati fa awọn alamọdaju olokiki si MIT lati ṣe iwuri awọn iran iwaju ti awọn ọmọ ile-iwe. Ikẹkọ bẹrẹ ni ọdun yii lẹhin idaduro ni 2020 lakoko ajakaye-arun Covid-19.

PlatoAi. Webim Reimagined. Data oye Amplified.
Tẹ ibi lati wọle si.

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