2018 年諾貝爾化學獎出爐，由英國科學家 Sir Gregory P. Winter 和兩位美國科學家 Frances H. Arnold 及 George P. Smith 獲得，3 位科學家將分享由瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）所頒發的 900 萬瑞典克朗（相當於新台幣 3 千多萬元）獎金。3 位得獎者的研究藉由模擬自然界的演化過程，最終促進新燃料和藥物的開發，並進一步推動醫療和環境的進步。
「酵素工程這個領域一直在等待諾貝爾獎的降臨。」倫敦大學學院的生物化學工程和生物科技學教授 Paul Dalby 表示。
▲ 瑞典皇家學院公布的得獎者的海報，表彰他們在酵素定向演化，以及肽（peptide）和抗體（antibody）的噬菌體展示技術。
獎項獎金的一半由來自加州理工學院（California Institute of Technology）的 Arnold 獲得。Arnold 是第五位獲得諾貝爾化學獎的女性，也是研究定向演化（directed evolution）的先驅之一。
定向演化是蛋白質工程使用的一種方法，它能模擬自然界篩選的過程，培育出研究人員感興趣或技術上有用的蛋白質。過程包括誘發基因經歷迭代輪次的突變（mutagenesis），接著篩選出帶有所需特徵的蛋白質（selection ），最後進行擴增（amplification）。
▲ 在酵素的基因中引進隨機突變，來模擬大自然篩選的過程。
簡而言之，Arnold 將隨機的突變基因引入酵素中，然後看看這些突變能對酵素造成什麼影響。接著，篩選出有效用的特定突變，例如：突變使得酵素能在原先無法起作用的溶劑中進行催化反應。她進一步重複這個過程，並將突變基因再次引入這些篩選出的酵素中。
「當我開始發表論文證明我可以製造更穩定的酵素、我可以改變酵素的受質特異性（substrate specificity）、我可以讓酵素更活躍時，這些都是沒有人知道該怎麼做的事情。」Arnold 表示。
Arnold 更說道：「25 年前，這被視為是瘋狂的想法。沒有科學家這麼做，也沒有男人這麼做。但由於我是工程師且不是男人，所以我無所顧忌地投入去做它。」
Arnold 的研究為各種領域提供適合的酵素，包括生物燃料的開發和藥物的生產，並有效減少許多有毒催化劑的使用機會。
「人們已經在工業中使用某些酵素，但只有那些能在自然界中被找到，並恰巧品質夠好的酵素。這些酵素並不是很多，而且還帶有不少問題。」Dalby 說。
「Arnold 提出她的研究成果後，我們便能有效地調整酵素，在工業環境中發揮更好的效果。」
「我們預期它的最終成效是，將原本在自然中需要花上十億年或百萬年的進展過程，降低到可能不到一週的時間。」
該獎項的另一半則要歸功於 Winter 和 Smith 在「肽（peptide）和抗體（antibody）的噬菌體展示（phage display）」的研究。噬菌體是一種可以感染細菌並誘使細菌繁殖的病毒。密蘇里大學的Smith發現，修改噬菌體的遺傳物質可以改變貼附在其外部的分子。
▲ 運用噬菌體展示技術，科學家能透過基因工程讓噬菌體攜帶特定蛋白質，以探索這些蛋白質如何與特定目標相互作用。
Smith 意識到這個特徵可能很好用，例如：如果不知道某段特定基因會製造出什麼蛋白質，便能該基因植入噬菌體的 DNA 中，這個未知蛋白質將出現在噬菌體的表面並被識別。這也意味著科學家們可以將大量未知的基因片段植入噬菌體，看看是否能產生任何一種已知的蛋白質，進而確定哪些基因對應到哪種蛋白質。
該方法還為科學家們開啟另一扇大門，那就是透過基因工程讓噬菌體攜帶特定蛋白質，以探索這些蛋白質如何與特定目標相互作用。
今天，噬菌體展示已經產生了可以中和毒素，抵抗自身免疫疾病和治愈轉移性癌症的抗體。
Winter 的研究方向是將各種抗體結合位（antibody binding site）的 DNA 植入噬菌體中，使噬菌體在表面呈現抗體。這意味著它可以透過篩選噬菌體，來找到與特定分子間有最佳反應作用的抗體。
Winter 能使用該噬菌體展示法來生產新藥，為癌症、自體免疫疾病等等提供治療。其中已開發出的一種新藥是 adalimumab，能治療類風濕性關節炎、牛皮癬和炎症性腸病的抗體藥物。
「現今幾乎所有的現代療法都是抗體藥物，都能利用噬菌體展示這樣的技術，」Dalby 說。「這完全是開創性的研究，如果 Smith 沒有首先發展噬菌體展示法，這可能永遠不會發生。」
在 2016 年的一次採訪中，Winter 向他的第一位癌症患者承認他不知道抗體治療是否有效。而事實上，那次的治療結果相當成功，一個巨大的腫瘤消失了。這場勝利讓劍橋分子生物學實驗室的研究人員總共獲得 12 個諾貝爾獎。
這 3 位諾貝爾獎得主的貢獻，將為日常生活中許多領域帶來改善，包括醫藥產業、生質燃料、綠色催化劑等等。受到各界科學家的大力讚揚。
- Frances H Arnold, George P Smith and Gregory P Winter win Nobel prize in chemistry
- Nobel prize in chemistry awarded for pioneering work on proteins – live
- 新聞稿：The Nobel Prize in Chemistry 2018
（圖片來源：瑞典皇家科學院）
