刚刚，生物学横扫诺贝尔3大奖，两名女性获奖！化学奖授予试管中的“进化论”

2018 年 10 月 3 日 DeepTech深科技

北京时间 10 月 3 日下午 5 点 45 分，2018 诺贝尔化学奖揭晓——诺贝尔委员会宣布，将此奖项一半颁给女科学家Frances H. Arnold，另一半则由George P. Smith、 Gregory P. Winter两人共享。此次诺贝尔化学奖表彰三位科学家分别在实现了酶的定向演化、实现多肽和抗体的噬菌体呈现技术上的重要工作。

值得注意的是，本年度的诺贝尔物理学奖、化学奖获奖研究方向，都在生物学领域有着重要的应用。物理学奖中的光镊技术可应用于移动生物大分子、病毒或细胞。而化学奖中的酶分子进化、噬菌体展示技术也涉足生物化学领域。加上获奖的女性物理学家Donna Strickland，本次诺奖出现两名女性获奖者。

Frances H. Arnold，美国科学家和工程师，于1956年7月25日出生，1979年获得美国普林斯顿大学机械与航空航天工程学士学位; 1985年获得加州大学伯克利分校化学工程博士学位; 随后在加州大学伯克利分校进行化学博士后研究; 1986年在加州理工学院进行化学博士后研究。

Frances H. Arnold 开创了定向进化的方法，以创造生物系统，包括酶、代谢途径、基因调控回路和生物体。她通过研究生物体系如何在分子水平上进化，并利用这种进化创造出新的系统。进化适用于不同的复杂程度，从蛋白到生态系统。而 Frances H. Arnold 已使用进化方法创造出新的生物实体，这些方法绕过了 DNA 序列如何编码生物功能以及利用生物系统进化和适应能力等尚不清楚的部分。而通过定向进化，新研究重建获预测可能的自然进化路径，并探索物理上可能出现且与当时具有生物学意义的分子。

George P. Smith，1941年3月10日出生，1970年获得哈佛大学博士学位；2000年成为密苏里大学教授；2001年成为美国艺术和科学研究院（AAAS）研究员；2007获得美国微生物学会Promega生物技术研究奖。

George P. Smith 最早发明了噬菌体展示技术，当时他将多肽融合表达到丝状噬菌体的pIII蛋白上，成功证明了可以在丝状噬菌体上展示多肽。George Pieczenik 的一份专利也阐述了噬菌体文库的构建。这一技术后来被分子生物学实验室的 Greg Winter 和 John McCafferty、Scripps 研究所的 Lerner 和 Barbas 以及德国癌症研究中心的团队进一步开发和优化，用于展示诸如抗体的治疗性蛋白。

Gregory P. Winter，英国生物化学家，生于1951年4月14日，1973年于剑桥大学毕业，1977年获得博士学位；1990年被选为皇家学会会员（FRS）。

Gregory P. Winter 是治疗性单克隆抗体的先驱，研究方向为遗传工程和蛋白质工程。他发明了“拟人化”和全拟人化的噬菌体展示技术，并开发了制造人源化抗体以及在细菌中重组表达人源抗体的技术，这一技术解决了之前生产抗体需要杂交瘤和实验室动物免疫接种的需求，目前用于分子靶向治疗的所有商业制造的抗体都是基于Winter的技术。

1901 年－2017 年最受欢迎的诺贝尔化学奖得主

欧内斯特·卢瑟福

（Ernest Rutherford）

生于：1871 年 8 月 30 日，新西兰纳尔逊

卒于：1937 年 10 月 19 日，英国剑桥

获奖时所在单位：英国曼彻斯特，维多利亚大学

获奖原因：“表彰他在元素衰变和放射性物质的化学性质的研究上做出的贡献”

领域：核化学

获奖情况：单人获奖

成就：1896 年放射现象的发现引发了一系列更深入的研究。1899 年，欧内斯特·卢瑟福证实至少有两种显著类型的辐射：Alpha 粒子和 Beta 粒子辐射。他发现放射现象产生时有气体生成。他和助手弗雷德里克·索迪共同提出了放射性物质可以产生氦气的假设。1902 年，他们陈述了一个革命性的理论：元素通过衰变形成其他的元素。

玛丽·居里

（Marie Curie, née Sklodowska）

生于：1867 年 12 月 7 日，波兰华沙

卒于：1934 年 7 月 4 日，法国上萨瓦省

获奖时所在单位：法国巴黎，索邦大学

获奖原因：“表彰她在镭和钋元素的发现，镭的分离，以及对镭的性质和镭的化合物的研究上做出的贡献，这些研究推动了化学的进步。”

领域：核化学

获奖情况：单人获奖

生平：玛丽·斯卡洛多斯卡出生于波兰王国华沙市一个中学教师的家庭，她的父母深信教育的力量。后来，她搬到巴黎继续深造，遇到了皮埃尔.居里。皮埃尔·居里后来成为了她的丈夫以及在放射领域的同事。1903 年居里夫妇共同获得诺贝尔物理学奖。1906 年，皮埃尔去世，居里夫人继续他们的研究，并在 1911 年成为首位两度获得诺贝尔奖的人。在第一次世界大战期间，居里夫人组织了移动的 X 射线小组救护伤员。居里夫人的女儿伊雷娜和她的丈夫弗雷德里克·约里奥后来也共同获得了诺贝尔化学奖。

成就：1903 年诺贝尔物理学奖：亨利·贝克勒尔在 1896 年发现了放射现象，这激发了居里夫妇对此进行进一步的探索。他们检测了很多的物质和矿物质来追踪放射的迹象，发现沥青铀矿比铀具有更强的放射性，因此推断出沥青铀矿中必定含有其他的放射性物质。最终他们从中成功提取出两种当时未知的元素，钋和镭，它们都比铀的放射性要强。

1911 年诺贝尔化学奖：居里夫妇在首次发现钋和镭元素之后，玛丽继续研究它们的性能。1910 年玛丽成功地提取出金属单质镭，确定了镭的存在无疑。另外，她还证实并记录了放射性元素以及它们的化合物的性能。放射性化合物无论在科学研究还是在医学领域（主要用于治疗肿瘤），都已经成为了重要的辐射源。

马里奥·莫利纳

（Mario J. Molina）

生于：1943 年 3 月 19 日，墨西哥城

获奖时所在单位：美国马萨诸塞州剑桥，麻省理工学院

获奖原因：“表彰他们在大气化学领域做出的贡献，尤其是在臭氧的形成与分解相关方向”

领域：大气与环境化学

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平：马里奥·莫利纳出生在墨西哥城，从小梦想成为化学家。考虑到对一个化学家来说理解德语很重要，他 11 岁就去了瑞士寄宿中学读书。随后，他回到墨西哥国立大学学习化学工程，其后又去了欧洲和美国加州大学伯克利分校继续开展他的工作。他在伯克利大学的工作令人鼓舞，在那里他发现了氟利昂是如何破坏臭氧层的。马里奥·莫利纳现在在美国加州大学圣地亚哥分校工作。他在 2006 年与第二任妻子瓜达卢佩·阿尔瓦雷斯结婚，与前妻路易萨·谭·莫利纳育有一子。

成就：地球周围的大气层中含有少量的臭氧，臭氧分子是由三个氧原子组成的，它在吸收阳光中的紫外线方面起了重大的作用。如果没有臭氧，太阳将会对地球上的生命造成负面影响。1974 年，马里奥·莫利纳和舍伍德·罗兰证实了 CFC 气体（也就是氟利昂）对大气层中的臭氧有破坏效应。而氟利昂有很多用处，包括冰箱的制冷剂和压缩喷雾器的喷雾剂等。控制氟利昂的使用可以减缓臭氧层的破坏。

莱纳斯·卡尔·鲍林

（Linus Carl Pauling）

生于：1901 年 2 月 28 日，美国俄勒冈州波特兰

卒于：1994 年 8 月 19 日，美国加州大苏尔

获奖时所在单位：美国加州帕萨迪纳市，加州理工学院

获奖原因：“表彰他在化学键的本质的研究，以及将研究结果应用于复杂物质的结构的阐述上做出的贡献”

领域：化学键、理论化学

获奖情况：单人获奖

生平：莱纳斯·鲍林出生在美国俄勒冈州波特兰，他的家族来自普鲁士农民一脉，他的父亲是一名药剂师兼药品推销员。他在位于科瓦利斯的美国俄勒冈州立大学获得学士学位之后，继而在位于帕萨迪纳市的加州理工学院获得了博士学位，在他以后的职业生涯中一直与加州理工学院保持着联系。在二十世纪五十年代，莱纳斯·鲍林卷入到反核运动中，因此被贴上了可疑共党分子的标签，这使得他的护照不时地被吊销。莱纳斯和艾娃·海伦·鲍林一共育有四个孩子。

成就：1954 年诺贝尔化学奖：20 世纪 20 年代量子力学的发展不仅对物理界产生了巨大的影响，化学界也同样受到了冲击。20 世纪 30 年代莱纳斯·鲍林在用量子力学理解和描述化学键(原子组成分子的方式)方面走在了时代前沿。莱纳斯·鲍林在化学领域内的研究兴趣非常广泛，比如，他致力于生物领域重要的大分子的化学结构的解析，1951 年他发表了 a 螺旋的化学结构，a 螺旋是蛋白中常见的结构组成成分。

1962 年诺贝尔和平奖：原子弹在广岛和长崎的爆炸成为了莱纳斯·鲍林事业的转折点，他和其他科学家一起，通过演讲和写作抗议核武器战争。莱纳斯·鲍林是帕格沃什运动中的一股驱动力，帕格沃什运动的目的是削弱核武器在国际政治中的作用，发起此运动的个人和组织在 1995 年获得诺贝尔和平奖。在 1959 年，莱纳斯·鲍林起草了著名的“广岛呼吁”，这篇总结性声明在禁止原子弹与氢弹的第五次世界会议之后发布。莱纳斯·鲍林在核大国（包括美国，前苏联和英国）签订“禁止核试验条约”上也是主要的推动者，该条约在 1963 年 10 月 10 日生效。在该条约生效的同一天，挪威诺贝尔委员会宣布莱纳斯·鲍林获得 1962 年推迟颁发的诺贝尔和平奖。

莱纳斯·鲍林，一个人获得了两次完整的诺贝尔奖。

伊雷娜·约里奥-居里

（Irène Joliot-Curie）

生于：1897 年 12 月 12 日，法国巴黎

卒于：1956 年 3 月 17 日，法国巴黎

获奖时所在单位：法国巴黎，镭研究所

获奖原因：“表彰他们在新的放射性元素的合成上做出的贡献”

领域：核化学

获奖情况：与另一人共同分享

生平：伊雷娜·居里出生在巴黎，是皮埃尔·居里和玛丽·居里的女儿，玛丽·居里是诺贝尔物理学和化学奖得主。伊雷娜·居里在第一次世界大战时跟随她的母亲在 X 射线救援队工作，负责提供X射线移动设备。战后，她回到巴黎大学继续学业，随后到她的父母创办的研究所工作。1926 年，她和弗雷德里克·约里奥结婚。在镭研究所，他们一起开展了后来获得诺贝尔奖的工作。这对夫妇在政治上也非常活跃，他们致力于反法西斯主义和纳粹主义。他们一生育有两个孩子。

成就：放射性物质的辐射在研究原子上已经成为一种重要的工具。1934 年，当伊雷娜·约里奥-居里和弗雷德里克·约里奥用a粒子（氦原子核）轰击一张薄的铝片时，在云室中发现了一种新的辐射留下的痕迹。这对夫妇发现即使把辐射源移去，铝片的辐射仍然存在。这是因为经过 a 粒子的轰击后，铝原子转变成了一种磷的放射性同位素。这意味着，历史上第一次人工创造出了放射性元素。1935 年约里奥-居里夫妇共同获得诺贝尔化学奖。

阿齐兹·桑贾尔

（Aziz Sancar）

生于：1946 年 9 月 8 日，土耳其萨武尔

获奖时所在单位：美国，北卡罗莱纳大学教堂山分校

获奖原因：“表彰他们在 DNA 修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平：阿齐兹·桑贾尔出生在土耳其东南部萨武尔的一个小康家庭，他的父母没有受过教育，但是他们很重视孩子的教育。桑贾尔 1969 年在伊斯坦布尔大学获得医学学位，1977 年在德克萨斯大学达拉斯分校获得生物学博士学位。阿齐兹·桑贾尔现在在北卡罗莱纳大学教堂山分校医学院任教，他的妻子格温·波尔茨·桑贾尔也同样是医学院生物化学与生物物理系的教授。

成就：活细胞中含有携带生物体基因信息的 DNA 分子，生物体的生存和发展依赖于 DNA 的稳定。但 DNA 并不是绝对稳定的，它们会受到损害。1983 年，通过对细菌的研究，阿齐兹·桑贾尔发现并展示了某种酶蛋白修复分子对被紫外线损坏的 DNA 分子的修复过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

托马斯·林达尔

（Tomas Lindahl）

生于：1938 年 1 月 28 日，斯德哥尔摩，瑞典

获奖时所在单位：英国赫特福德郡，弗朗西斯·克里克研究所&克莱尔霍尔实验室

获奖原因：“表彰他们在 DNA 修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平：托马斯·林达尔出生在瑞典的斯德哥尔摩，他在斯德哥尔摩的卡罗林斯卡学院学习并在 1967 年获得博士学位，后在新泽西的普林斯顿大学和纽约的洛克菲勒大学做博士后研究。之后进入哥德堡大学成为一名医学与生理化学教授。自 1981 年起，他一直在英国赫特福德郡的克莱尔霍尔实验室的癌症研究院工作。

成就：活细胞中含有携带生物体基因信息的 DNA 分子，生物体的生存和发展依赖于 DNA 的稳定。但 DNA 并不是绝对稳定的，它们会受到损害。20 世纪 70 年代，通过对细菌的研究，托马斯·林达尔发现并展示了某种酶蛋白修复分子移除和替代 DNA 损伤部分的过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

钱永健

生于：1952 年 2 月 1 日，美国纽约

卒于：2016 年 8 月 24 日，美国俄勒冈州尤金

获奖时所在单位：美国加州大学圣地亚哥分校，霍华德休斯医学研究所

获奖原因：“表彰他们在绿色荧光蛋白的发现与研究上做出的贡献”

领域：生物化学

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平：钱永健 1952 年生于美国纽约，祖籍浙江杭州临安，是吴越国国王钱镠三十四世孙。1972 年，钱永健获得哈佛大学化学及物理学最优等学士学位。1977 年，获得英国剑桥大学生理学博士学位。1977 年-1981 年，担任剑桥大学研究员。1982 年至 1989 年，任加州大学伯克利分校副教授。1989 年开始，任加州大学圣地亚哥分校教授，直至他于 2016 年 8 月 24 日离世。

成就：显色手段在生物学研究中起着至关重要的作用。钱永健从 1992 年开始投入绿色荧光蛋白的研究工作，陆续开发出了绿、红、黄、蓝灯荧光，使得科研人员可以将不同颜色的荧光打入蛋白细胞，发现以往难以观测的生物程序。钱永健因此被誉为“荧光蛋白改造之父”。

保罗·莫德里奇

（Paul Modrich）

生于：1946 年 6 月 13 日，美国新墨西哥州拉顿

获奖时所在单位：美国北卡罗来纳州达勒姆市，杜克大学医学院；马里兰州切维蔡斯，霍华德休斯医学研究所

获奖原因：“表彰他们在 DNA 修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平：保罗·莫德里奇出生于美国新墨西哥州拉顿，并在那里长大。他的父亲是一名生物老师，经常鼓励他对自然要保有好奇心。1968 年，保罗·莫德里奇于麻省理工学院获得学士学位。1973 年，莫德里奇于斯坦福大学获得博士学位。1976 年至今，他一直在位于北卡罗来纳州达勒姆市的杜克大学工作。同时，保罗·莫德里奇在位于马里兰州切维蔡斯的霍华德休斯医学研究所担任研究员。

成就：活细胞中含有携带生物体基因信息的 DNA 分子，生物体的生存和发展依赖于 DNA 的稳定。但 DNA 并不是绝对稳定的，它们会受到损害。20 世纪 70 年代，通过对噬菌体的研究，保罗·莫德里奇发现并展示了甲基基团连接到 DNA 分子上作为 DNA 错配修复的信号的过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

多萝西·克劳福特·霍奇金

（Dorothy Crowfoot Hodgkin）

生于：1910 年 5 月 12 日，埃及开罗

卒于：1994 年 7 月 29 日，英国斯托尔河畔希普斯顿

获奖时所在单位：英国牛津市，英国牛津大学 &皇家学会

获奖原因：“表彰其在用X-射线技术确定生物大分子的结构的研究上做出的贡献”

领域：生物化学、结构化学

获奖情况：单独获奖

生平：多萝西·克劳福特·霍奇金的研究生涯始于童年时她获得的一本化学课本，这本书里包含有晶体学相关的实验。牛津大学毕业后，尽管她学业优秀，霍奇金作为一名女性依然很难找到工作。最终，剑桥大学的约翰·德蒙·伯纳尔教授给了她一个机会，当时，伯纳尔教授已是现代分子生物学领域的先驱。从剑桥大学获得博士学位之后，多萝西·克劳福特·霍奇金在 1934 年回到牛津大学工作，并在那里度过了她之后的职业生涯。多萝西·克劳福特·霍奇金在分子生物学领域贡献卓著。

成就：当X射线穿过晶体结构时，会呈现出清晰而准确的衍射峰图谱，通过这些图谱可以确定晶体的结构。在 20 世纪 30 年代，科学家们越来越多地用这种方法来确定复杂的大分子的结构，多萝西·克劳福特·霍奇金通过大量的X射线衍射图像，大量的计算以及对数据敏锐的分析，在 1946 年成功地确定了青霉素的结构。1956 年，她又分析确定了维生素 B12（所有维生素中结构最为复杂）的结构。

诺贝尔化学奖的那些事儿

（1901-2017）

1895 年 11 月 27 日，阿尔佛雷德·诺贝尔签署遗嘱，将其遗产最大一部分用于颁发各种奖项，其中包括后来的诺贝尔化学奖。正如诺贝尔先生中遗嘱中讲到，这些财产用于奖励：“在化学领域做出最重要的发现或突破的人。

◆ 诺贝尔化学奖的数量

从 1901 年至 2017 年，共颁发了 109 届诺贝尔化学奖。1916 年, 1917 年, 1919 年, 1924 年, 1933 年, 1940 年, 1941 年和 1942 年，八年中诺贝尔化学奖空缺。对于诺贝尔化学奖空缺的原因，诺贝尔基金会解释道：”诺贝尔化学奖被用来奖励最伟大的化学突破，如果当年没有产生相匹的研究的话，诺奖奖金将会被留待第二年，如果第二年仍未产生相应诺奖，这笔钱将会被纳入诺贝尔基金会的特殊基金内。在两次世界大战期间，产生的诺贝尔奖相对较少。

◆ 诺贝尔化学奖得奖人数

1901-2017 年期间共有 178 人次获得诺贝尔化学奖。由于弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）曾获得两次诺贝尔化学奖，1901 年来共有 177 人获得诺贝尔化学奖。

图丨1958年、1980年诺贝尔化学奖得主弗雷德里克·桑格

◆ 最年轻的诺贝尔化学奖得主

迄今，最年轻的诺奖得主为约里奥•居里（Frédéric Joliot），年仅 35 岁的他和妻子艾琳约里奥-居里（Irène Joliot-Curie）获得 1935 年获得诺贝尔化学奖。

图丨居里夫妇

◆ 最年长的诺贝尔化学奖得主

迄今最年迈的诺贝尔化学奖得主为约翰·芬恩（ John B. Fenn）。他以 85 岁高龄获得 2002 年诺贝尔化学奖。

图丨2002 年诺贝尔化学奖得主约翰·芬恩

◆ 获得诺贝尔化学奖的女性

在 177 名诺贝尔化学奖得主中，共有 4 名女性。其中玛丽·居里，多罗西·克劳宣特·霍奇金两人独得诺奖。

1911 年，玛丽·居里（Marie Curie 同时也是 1903 年诺贝尔物理奖的得主）

1935 年，伊雷娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie 玛丽·居里的长女，约里奥·居里的妻子）

1964 年，多罗西·克劳宣特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin）

2009 年，阿达·尤纳斯（Ada Yonath）

图丨1964 年诺贝尔化学奖得主多罗西·克劳宣特·霍奇金

◆ 获得诺贝尔化学奖的家族

居里家族是最闻名的“诺贝尔奖家族”。 1903 年，玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇共同获得诺贝尔物理奖。玛丽·居里还在 1911 年第二次获得诺贝尔奖。他们的长女，伊雷娜·约里奥-居里和她的丈夫约里奥·居里获得 1935 年诺贝尔化学奖。他们的小女儿艾芙·居里，在联合国儿童基金会工作。她的丈夫亨利·拉波易斯，1965 年代表联合国儿童基金会获得诺贝尔和平奖。

图丨居里一家

其他“诺奖家族”（其中至少有一名成员获得诺贝尔化学奖）在化学领域做出最重要的发现或突破的人。

汉斯·冯·奥伊勒-切尔平（Hans von Euler-Chelpin，父），1929 年诺贝尔化学奖；乌尔夫·斯万特·冯·奥伊勒（Ulf von Euler ，子），1970 年诺贝尔生理学或医学奖。

图丨汉斯·冯·奥伊勒-切尔平（左）和乌尔夫·冯·奥伊勒-切尔平（右）

阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg，父），1959 年诺贝尔生理学或医学奖；罗杰·科恩伯格（Roger D. Kornberg，子），2006 年诺贝尔化学奖。

图丨阿瑟·科恩伯格（左）和罗杰·科恩伯格（右）

◆ 被迫拒绝诺贝尔化学奖的人

有两名诺贝尔化学奖得主由于当局压力被迫拒绝诺贝尔化学奖。希特勒禁止德国的科学家接受诺贝尔奖，其中两名有两名诺贝尔化学奖得主，里夏德·库恩（1938年）和阿道夫·布特南特（1939年）。此外，1939 年诺贝尔生理学和医学奖得主格哈德·多马克也由于同样的原因拒绝了诺贝尔奖。后来他们的诺贝尔奖证书和奖牌得到补发，但是没有相应奖金。

◆ 诺贝尔化学奖得主的研究领域

最常见的获得诺贝尔化学奖的研究领域为生物化学，50 名化学奖得主的研究都与生物化学有关。

◆ 上届诺贝尔化学奖得主