与 Frances Arnold 的讨论

季度审查 N ° 7 - 2023 在诺贝尔奖获得者的脑海中内心的一个头脑诺贝尔奖获得者28凯捷研究Institute气候技术 ： 可持续发展的星球 在诺贝尔奖获得者的脑海中Frances 博士阿诺2018 年诺贝尔化学奖获得者定向进化加州理工学院气候技术 ： 可持续发展的星球凯捷研究Institute29 在诺贝尔奖获得者的脑海中GIVING手臂上的一枪进化Frances Arnold 博士Frances Arnold 博士是加利福尼亚研究所化学工程 ， 生物工程和生物化学的 Linus Pauling 教授技术 （ 加州理工学院 ） 。Dr.阿诺德因开创性的定向酶进化而获得诺贝尔化学奖 （ 2018 年 ），随后创造了用于替代能源，化学品和医学的酶。她是总统科技顾问委员会 （ PCAST ） 的联合主席。她已当选为美国三个国家科学，医学和工程学院的成员，并且还是董事会的董事。Alphabet 和 Illumina 等著名公司。凯捷研究所与阿诺德博士交谈 ， 了解如何定向进化 ，再加上自然界中的韧性 ， 可以帮助创造一个可持续发展的世界。30凯捷研究Institute气候技术 ： 可持续发展的星球 在诺贝尔奖获得者的脑海中31气候技术 ： 可持续发展行星凯捷研究院是什么让你对科学感兴趣 ？我年轻的时候有各种各样的工作 ， 从出租车司机到鸡尾酒服务员 ； 但这些都是要付房租的。数学和科学从小就对我有意义。我崇拜我的父亲 ， 一个核物理学家。我获得了机械和航空航天工程学士学位 ， 并在核工业和太阳能领域工作了一段时间 ， 但我的真爱变成了我甚至不知道的事情 ， 直到我 25 岁去研究生院 ： 工程生物世界。什么是直接进化 ？您因在酶的定向进化方面的开创性工作而获得了诺贝尔奖。您能帮助我们了解它是什么以及它如何帮助社会吗 ？酶是生物世界所有奇妙化学的催化剂。我们希望将它们用于人类应用 ， 但它们并不理想。因此 ， 在 1980 年代 ， 我开始设计用于人类应用的酶的氨基酸序列。当时 ， 没有人知道需要哪个序列来编码所需的功能 - 酶是复杂的。然而 ， 进化可以告诉我们如何更有效地编码酶。突变和自然选择的简单过程我开发了一些方法来实践酶的 “人工选择进化 ” 。化学家可以利用生物世界的丰富多样性。使用分子生物学和高通量筛选领域新开发的工具 ， 我开发了对酶实行 “人工选择进化 ” 。换句话说 ， 这是一个简单的优化策略 ， 用于在低水平进行随机突变 ， 并筛选以找到能够对我们最有利。通过各种迭代，我们找到了性能最好的步骤。大自然正在解决我们扔给她的各种问题 - 如何降解塑料瓶，如何降解农药，除草剂和抗生素。她创造新的酶，以应对这些问题的所有时间，实时。通过定向进化，我们可以做同样的事情 - 创造新的酶来应对新的问题。 在诺贝尔奖获得者的脑海中32凯捷研究院气候技术 ： 可持续发展的星球简单的突变和自然选择已经被赋予了上升化学家可以利用生物世界的丰富多样性绿色星球的酶您的大部分研究都集中在可持续性上。这方面的研究最让您兴奋的是什么 ？现在最让我兴奋的是扩大生物世界的化学 ， 与人类化学家竞争。建立和打破债券。所有我的项目是关于可持续性或生物修复 - 以更清洁的方式制造事物或再次分解它们。我喜欢与酶一起工作。大自然已经开发了大量的酶 ， 它们具有令人难以置信的化学作用 ， 但是还有很多尚未被探索。例如 ， 我们可以通过让酶进行化学来拥有更好的工艺 ， 从而大大降低制造成本用一种或两种酶代替 10 个化学步骤。我感到自豪的一个特别的例子是默克 [一家跨国科技公司] 如何利用定向进化开发出一种酶来制造用于治疗糖尿病的药物 Javia 。最初的未精炼过程使用有毒金属，并产生大量废物。默克公司设法将废物减少到初始水平的百分之一左右，并从其过程中去除有毒金属催化剂，只需使用酶来合成药物。 在诺贝尔奖获得者的脑海中33气候技术 ： 可持续发展行星凯捷研究院“默克公司已设法将浪费减少到初始水平的百分之一左右并从其过程中去除有毒金属催化剂 ， 只需使用酶来合成药物。我也很高兴能减少开发这些酶及其使用过程所需的成本和时间。我正在努力将机器学习 [ML] 和人工智能 [AI] 纳入这种进化优化中。它有望使我们能够比过去更快地开发生物解决方案。 在诺贝尔奖获得者的脑海中34凯捷研究院气候技术 ： 可持续发展的星球生物工程如何帮助地球 ？大自然所做的一切都是有效的。正是这种高度进化的系统制造和打破了化学键，创造了具有宏伟功能的化学物质和材料 - 但这不会永远存在。我认为生物化学具有非常高的选择性和功率效率，可以拓宽我们对制造和回收的思考。我们不仅可以帮助将日常生活中使用的所有东西分解为可回收元素，还可以帮助完全创造新产品，这是使用传统化学无法实现的。生物化学可以对常规化学的任何应用产生有益的影响 ， 我们应该利用它来寻找效率。今天的生命是 40 亿年进化的产物 ， 而不是实验室中的工程师。大自然有很多东西可以教给我们。您在可持续化学和可再生能源领域共同创立了三家公司 ， 您能简单描述一下吗 ？我们于 2004 年成立了 Gevo [Green Evolution] ， 以制造可再生燃料资源。这个概念是在酵母中设计酶以制造异丁醇 ， 这是喷气燃料的前体 ， 而不是乙醇。如今 ， Gevo 是可再生航空燃料开发的领导者之一。“大自然所做的一切都是有效率的。 在诺贝尔奖获得者的脑海中35气候技术 ： 可持续发展行星凯捷研究院第二家公司 Provivi 成立于 2014 年 ， 旨在替代有毒农药。我们开发了制造无毒信息素的工艺 ， 这些化学物质用作信号机制 ， 在田间喷洒时会混淆昆虫的交配本能。我们的重点是为更安全 ， 负担得起和可持续的作物保护创造新的基础。第三家公司 Aralez Bio 最近于 2019 年成立 ， 它使用酶制造医药中间体。1 他们可以制造数百种新的氨基酸和其他化学构件 ， 同时减少浪费 ， 能源消耗和成本。今天的生活是 40 万年进化的产物 ， 而不是工程师的产物在实验室里。大自然有很多东西要教我们。1 广泛用于散装药物制造和研究的化合物。 在诺贝尔奖获得者的脑海中36凯捷研究院气候技术 ： 可持续发展的星球使用 AI 创建新蛋白质新技术如何帮助您的研究更快地将酶推向市场 ？进化是一个过程。它正在转动突变和人工选择的曲柄。我们可以通过使用 AI 和 ML 自动化和授权来利用进化的力量。我已经在这方面发表了 10 年了。但更令人兴奋的是，这些生成 AI 功能中的一些被用于从头开始发明蛋白质。酶更复杂，但我预测将来也有可能发明它们。这是实验能力的融合，了解真正构成成功蛋白质的特征，然后利用通过生成 AI 提供的新方法。我预测，在接下来的几年里，人工智能将会发展。成为一股强大的力量 — — 能够重新记录生活的力量。我预测 ， 在接下来的几年里 ， 人工智能将成为一种强大的力量 — — 一种能够重新记录生活的力量。 在诺贝尔奖获得者的脑海中37气候技术 ： 可持续发展行星凯捷研究院生成 AI 如何帮助创造新的蛋白质 ？我是 Generate Biomedicines 的董事会成员 ， 这是一家生物技术初创公司 ， 使用 AI 生成可用于治疗疾病的治疗性蛋白质。机器学习算法可以为自然界中从未见过的蛋白质生成新序列。这些算法分析数百个数以百万计的已知蛋白质 ， 寻找连接氨基酸序列 ， 结构和功能的统计模式。使用这些学习的统计模式 ， 该公司产生定制的蛋白质疗法 - 从短肽到复杂的抗体 ， 酶 ， 基因疗法 ， 以及尚未描述的蛋白质组合物。我对年轻女性的建议 ： 无所畏惧你对想要进入科学领域的年轻女性有什么建议 ？尝试不同的事情。在我找到自己喜欢做的事情之前 ， 我尝试了许多科学领域。如果你要改变世界 ， 你必须无所畏惧。不要因为你说要做某事就觉得你必须坚持下去。如果你不喜欢它 ， 那就做点别的。 在诺贝尔奖获得者的脑海中38凯捷研究院气候技术 ： 可持续发展的星球科学与人类交流的重要性在多大程度上 ， 找到通往可持续世界的道路依赖于科学 / 新技术的创新 ， 而不是行为变化 ？我们在大流行期间学到的是 ， 你可以拥有你想要的所有科学技术 ， 但是如果人们不接种疫苗 ，它根本没有任何好处。我们可以提供科学的解决方案 ， 无论好坏 ， 但是如果人们不想要它们并且不接受必要的行为改变 ， 那就不会发生。因此 ， 科学与人之间的这种联系至关重要。如果你有一根魔杖 ， 在我们向可持续发展世界的过渡中 ， 你现在会改变什么 ？我希望看到对生物多样性的尊重。我希望看到对我们依赖的自然世界的尊重 ， 但我们对待得如此糟糕。我希望看到自然世界被视为我们生存所依赖的宝贵资产。我很乐意尊重生物多样性 在诺贝尔奖获得者的脑海中Frances Arnold 医生,莱纳斯 · 鲍林化学工程 ， 生物工程和生物化学教授加州理工学院“我们可以提供科学的解决方案 ， 无论好坏 ， 但如果人们不想要它们并且不接受必要的行为改变 ， 那就不会发生。 ”气候技术 ： 可持续发展的星球凯捷研究Institute39