Frances Arnold, George Smith ja Gregory Winter. Kuva: NIKLAS ELMEHED / NOBEL MEDIA
Frances Arnold, George Smith ja Gregory Winter. Kuva: NIKLAS ELMEHED / NOBEL MEDIA

Palkitut ovat Frances Arnold sekä George Smith ja Gregory Winter.

Tämän vuoden kemian Nobelin palkinnon saavat yhdysvaltalaiset Frances Arnold ja George Smith sekä brittiläinen Gregory Winter. Palkinnot myönnettiin suunnatun evoluution kehittämisestä ja sen käyttämisestä entsyymien ja vasta-aineiden tuottamiseen.

Nobelistien oivallukset ovat poikineet sovelluksia ympäristöystävällisistä pesu- ja polttoaineista erilaisiin lääkeaineisiin ja syöpähoitoihin.

Arnold sai keksinnöstään kaksi vuotta sitten myös suomalaisen Millennium-palkinnon. Hän keksi 1990-luvun alkupuolella ruveta käyttämään evoluution apua tärkeiden entsyymien valmistuksessa.

Entsyymit ovat mutkikkaita molekyylejä. Niissä aminohapot yhdistyvät lukemattomin eri tavoin, ja yksi entsyymi voi koostua tuhansista aminohapoista.

Aiemmin entsyymin valmistajien ideana oli ottaa tarkoin selvää entsyymin rakenteesta ja sitten pyrkiä sitten räätälöimään sen yksityiskohtia, jotta saataisiin parempi versio. Arnold sen sijaan antoi tämän kehitystyön evoluution tehtäväksi.

”Tajusin, että yksikään ihminen ei osaa valmistaa entsyymiä. Asia oli niin 25 vuotta sitten, ja se on yhä niin”, Arnold sanoi HS:n haastattelussa kaksi vuotta sitten.

Alussa Arnold keskittyi parantelemaan monissa pesuaineissa nykyisin käytettävää subtilisiinientsyymiä.

Hän aiheutti satunnaisia mutaatioita geeneissä, jotka vastaavat entsyymin ominaisuuksista. Muunnetut geenit hän sijoitti bakteereihin, jotka tehtailivat tuhansia versioita subtilisiinista. Tämä vaihe vastaa luonnon satunnaista vaihtelua eliöiden perimässä.

Seuraava vaiheen hän lainasi niin ikään evoluutiolta. Niin kuin luonnossa ympäristö jättää eloon parhaiten siihen sopivat eliöt, samoin Arnold valitsi jatkoon ne entsyymit, jotka toimivat parhaiten tehtävässään.

Arnoldin tavoitteena oli saada aikaan subtilisiini, joka kestäisi liuottimia. Se onnistuikin. Kolmannen sukupolven muunnos pysyi 256 kertaa aktiivisempana dimetyyliformamidi-liuoksessa kuin alkuperäinen subtilisiini.

Muunnos perustui kymmeneen eri mutaatioon, joiden hyötyjä kukaan ei olisi osannut ennustaa ennalta.

Subtilisiinejä on nykyään lähes kaikissa käyttämissämme pesuaineissa.

Arnoldin menetelmästä on tullut vakiintunut tapa valmistaa uusia entsyymejä, jotka vauhdittavat kemiallisia reaktioita. Menetelmällä tehdään pesuaineiden lisäksi lääkkeitä, elintarvikkeita, paperia ja polttoaineita kaikkialla maailmassa.

Hieman toisenlaista suunnattua evoluutiota kehittivät George Smith ja Gregory Winter.

Missourin yliopiston emeritusprofessori Smith kehitti vuonna 1985 niin sanotun faaginäyttömenetelmän. Siinä bakteereihin tarttuvaa virusta eli bakteriofagia voidaan käyttää uusien proteiinien tekemiseen.

Menetelmässä luodaan ensin miljardeja vasta-aineita koeputkessa. Nämä vasta-aineet ujutetaan bakteriofageihin niin, että ne tulevat esiin näiden pinnalla.

Pintaan ilmestyvistä vasta-aineista valitaan sitten ne, jotka sitoutuvat haluttuun kohteeseen, esimerkiksi siihen, johon halutaan lääkeaineen vaikuttavan. Parhaiten kohteeseen sitoutuneet vasta-aineet valitaan. Niihin aiheutetaan mutaatioita, ja sama toistetaan.

Etukäteen ei tiedetä, mikä geeni on parhaiten perille pääsevän vasta-aineen takana.

Winter käytti tätä menetelmää Cambridgen yliopistossa valmistaakseen uudenlaisia lääkeaineita. Ensimmäinen niistä oli adalimumab, jolla voi hoitaa nivelreumaa, psoriaasia ja ärtyneen suolen oireyhtymää.

Adalimumabin menestyksen jälkeen lääketeollisuudessa on kehitetty vasta-aineita esimerkiksi syövälle. Vasta-aine voi toimia niin, että se päästää kehon omat puolustussolut kasvaimen kimppuun. Kasvaimen kasvu on näin saatu pysähtymään ja joissain tapauksissa etäpesäkkeiden muodostuminen estymään.

Toinen lääkkeellinen, Yhdysvaltain lääkeviraston FDA:n hyväksymä vasta-aine tekee pernaruton myrkyn vaarattomaksi. Myös autoimmuunisairauksien ja Alzheimerin taudin hoitoon on kehitetty tällä tavalla vasta-aineita.

Kemian nobelit jaettiin niin, että Arnold saa puolet palkinnosta. Toisen puoliskon jakavat Smith ja Winter, jotka ovat työskennelleet saman keksinnön parissa.

Nobelin palkinto on yhdeksän miljoonaa kruunua eli noin 870000 euroa.

käyttäjä-3779
Seuraa 
Viestejä1760
Liittynyt12.5.2014

Kemian nobelistit valjastivat evoluution

Bakteriofagihoidon kehittäminen on jo alkanut Suomessa: https://www.duodecimlehti.fi/lehti/2016/8/duo13080 Nykyhetken tilanne: fageja käytetään jo bakteeritulehduksiin https://yle.fi/uutiset/3-10133572 Fageja voidaan käyttää myös DNA:n kloonaukseen ja vaihtamaan genomin osia bakteerien välilä https://fi.wikipedia.org/wiki/Bakteriofagi
Lue kommentti
käyttäjä-3779
Seuraa 
Viestejä1760
Liittynyt12.5.2014

Kemian nobelistit valjastivat evoluution

Smith ja Winter käyttivät bakteriofagia erilaisten vasta-ainemolekyylien kuljettimena kohdemolekyyleille ja valitsivat jatkokäsittelyyn (uudelle kierrokselle) kohdeaineeseen parhaiten tarttuvat vasta-ainetyypit. Bakteriofagit on tunnettu jo yli sata vuotta. Niistä oli tulossa hyödyllinen hoito bakteerien aiheuttamiin sairauksiin, mutta fagihoidon kehittäminen lopahti varsinkin länsimaissa antibioottien keksimisen jälkeen. Nyt on jo yleisesti oivallettu, että bakteriofagien avulla hoitamista on...
Lue kommentti