Frances Arnold - Frances Arnold

Frances Arnold
Frances Arnold, PCAST ​​Eş Başkanı (kırpılmış).jpg
Başkanın Bilim ve Teknoloji Danışma Konseyi Eş Başkanı

20 Ocak 2021'de göreve başladı
İle hizmet veren Maria Zuber
Devlet Başkanı Joe Biden
Öncesinde Pozisyon kuruldu
Kişisel detaylar
Doğmak
Frances Hamilton Arnold

( 1956-07-25 )25 Temmuz 1956 (65 yaşında)
Edgewood, Pensilvanya , ABD
eş(ler)
(boşanma)
Yerli ortağı Andrew E. Lange (1994–2010)
Eğitim Princeton Üniversitesi ( Lisans )
California Üniversitesi, Berkeley ( MS , Doktora )
Ödüller Garvan–Olin Madalyası (2005)
FASEB Bilimde Mükemmellik Ödülü (2007)
Draper Ödülü (2011)
Ulusal Teknoloji ve Yenilik Madalyası (2013)
Binyıl Teknoloji Ödülü (2016)
Yakınsama Araştırmasında Sackler Ödülü (2017)
Nobel Kimya Ödülü (2018)
Bilimsel kariyer
Alanlar Kimya mühendisliği
Biyomühendislik
Biyokimya
kurumlar Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü
Tez Afinite Ayrımlarının Tasarımı ve Ölçeklendirilmesi  (1985)
Doktora danışmanı Harvey W. Blanch
Doktora öğrencileri Christopher Voigt
Huimin Zhao

Frances Hamilton Arnold (25 Temmuz 1956 doğumlu) Amerikalı bir kimya mühendisi ve Nobel ödüllü . O ise Linus Pauling Kimya Mühendisliği, Biyomühendislik ve Biyokimya Profesörü Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü (Caltech). 2018 yılında, enzim mühendisliğinde yönlendirilmiş evrim kullanımına öncülük ettiği için Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü .

Ocak 2021 yılından bu yana, o başkan harici eş başkanlık yapıyor Joe Biden 'ın Bilim ve Teknoloji Danışmanları Konseyi (PCast).

Hayatın erken dönemi ve eğitim

Arnold, Josephine Inman'ın (kızlık soyadı Routheau) ve nükleer fizikçi William Howard Arnold'un kızı ve Korgeneral William Howard Arnold'un torunudur . Pittsburgh banliyösü Edgewood'da ve şehrin Taylor Allderdice Lisesi'nden 1974'te mezun olan Shadyside ve Squirrel Hill'in Pittsburgh mahallelerinde büyüdü . Lise öğrencisiyken Vietnam Savaşı'nı protesto etmek için Washington DC'ye otostop çekti ve kendi başına yaşadı. yerel bir caz kulübünde kokteyl garsonu ve taksi şoförü olarak çalışıyor.

Arnold'u bir genç olarak çocukluk evinden taşınmaya iten aynı bağımsızlık, aynı zamanda büyük miktarda okula devamsızlık ve düşük notlara yol açtı. Buna rağmen, standart testlerde neredeyse mükemmel puanlar aldı ve babasının mezun olduğu Princeton Üniversitesi'ne gitmeye kararlıydı. Makine mühendisliği öğrencisi olarak başvurdu ve kabul edildi. Arnold'un mühendislik eğitimi almanın ardındaki motivasyonu, Nobel Ödülü röportajında ​​belirtildiği gibi, "[makine mühendisliği] o zamanlar Princeton Üniversitesi'ne girmenin en kolay seçenek ve en kolay yoluydu ve ben hiç ayrılmadım" idi.

Arnold ile 1979 yılında mezun BS içinde derecesine mekanik ve havacılık mühendisliği gelen Princeton Üniversitesi o güneş enerjisi araştırma odaklı. Anadalının gerektirdiği derslere ek olarak, ekonomi, Rusça ve İtalyanca dersleri aldı ve uluslararası ilişkilerde ileri bir derece almayı düşünmesine rağmen, kendisini bir diplomat veya CEO olarak hayal etti. İtalya'ya seyahat etmek ve nükleer reaktör parçaları yapan bir fabrikada çalışmak için ikinci yılından sonra Princeton'dan bir yıl izin aldı , ardından eğitimini tamamlamak için geri döndü. Princeton'a döndüğünde, o zamanlar Robert Socolow tarafından yönetilen bir grup bilim adamı ve mühendis olan Enerji ve Çevre Araştırmaları Merkezi'nde çalışmaya başladı ve daha sonraki çalışmalarının odak noktası haline gelecek olan sürdürülebilir enerji kaynakları geliştirmek için çalıştı.

1979'da Princeton'dan mezun olduktan sonra Arnold, Güney Kore ve Brezilya'da ve Colorado'nun Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü'nde mühendis olarak çalıştı . Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü'nde (şimdi Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı), uzak yerler için güneş enerjisi tesisleri tasarlamaya çalıştı ve Birleşmiş Milletler (BM) pozisyon belgelerinin yazılmasına yardımcı oldu .

Daha sonra Berkeley'deki California Üniversitesi'ne kaydoldu ve burada doktora derecesi aldı. 1985 yılında kimya mühendisliğinden mezun oldu ve biyokimya ile derinden ilgilenmeye başladı. Harvey Warren Blanch'ın laboratuvarında gerçekleştirdiği tez çalışması, afinite kromatografi tekniklerini araştırdı . Arnold, kimya mühendisliği alanında doktora yapmadan önce kimya geçmişine sahip değildi. Doktorasının ilk yılı için. UC Berkeley'deki lisansüstü komitesi, onun lisans kimya derslerini almasını şart koştu.

Kariyer

Doktora derecesini aldıktan sonra Arnold , Berkeley'de biyofizik kimya alanında doktora sonrası araştırmasını tamamladı . 1986'da California Institute of Technology'ye misafir ortak olarak katıldı . 1986'da yardımcı doçent, 1992'de doçent ve 1996'da tam profesör oldu. 2000 yılında Dick ve Barbara Dickinson Kimya Mühendisliği, Biyomühendislik ve Biyokimya Profesörü ve şu anki pozisyonu olan Linus Pauling Kimya Profesörü oldu. 2017 yılında Mühendislik, Biyomühendislik ve Biyokimya. 2013 yılında Caltech'in Donna ve Benjamin M. Rosen Biyomühendislik Merkezi'nin direktörlüğüne atandı.

Arnold , 1995-2000 yılları arasında Santa Fe Enstitüsü Bilim Kurulunda görev yaptı . Ortak Biyoenerji Enstitüsü Danışma Kurulu üyesiydi . Arnold, Packard Bilim ve Mühendislik Burslarının Danışma Paneline başkanlık ediyor. Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nin ( KAUST ) Başkanlık Danışma Konseyi'nde görev yaptı . Kraliçe Elizabeth Mühendislik Ödülü için yargıç olarak görev yaptı ve Hollywood senaryo yazarlarının bilim konularını doğru bir şekilde tasvir etmelerine yardımcı olmak için Ulusal Bilim Akademisi'nin Bilim ve Eğlence Borsası ile birlikte çalıştı .

2000 yılında Arnold, moleküler biyoloji, genetik ve biyomühendislik temellerinin yaşam bilimleri ve endüstri yararına entegrasyonu için Ulusal Mühendislik Akademisi üyeliğine seçildi .

40'tan fazla ABD patentinde ortak mucittir. 2005 yılında yenilenebilir kaynaklardan yakıt ve kimyasallar üreten bir şirket olan Gevo, Inc.'in kurucu ortağıdır . 2013 yılında, kendisi ve iki eski öğrencisi Peter Meinhold ve Pedro Coelho, pestisitlere alternatifler araştırmak üzere Provivi adlı bir şirket kurdu . mahsul koruması. 2016'dan beri genomik şirketi Illumina Inc.'in kurumsal yönetim kurulunda yer almaktadır .

2019'da Alphabet Inc.'in yönetim kuruluna seçildi ve Arnold'u Google'ın ana şirketinin üçüncü kadın müdürü yaptı.

Ocak 2021'de Başkan Joe Biden'in Bilim ve Teknoloji Danışmanları Konseyi'nin (PCAST) harici eş başkanlığına seçildi . Yönetimdeki rolleri için bilim insanlarının belirlenmesine yardımcı olmak için Biden'ın geçiş ekibiyle birlikte çalışıyor. Şimdi asıl işinin PCAST'ın ek üyelerinin seçilmesine yardımcı olmak ve grup için bilimsel bir gündem belirleme işine başlamak olduğunu söylüyor. Şunları söyledi: “Hükümet genelinde karar vermede, politika oluşturmada bilimin önemini yeniden tesis etmeliyiz. Amerikan halkının bilime olan güvenini yeniden tesis etmemiz gerekiyor... PCAST'ın bunda faydalı bir rol oynayabileceğini düşünüyorum.”

Araştırma

Arnold, geliştirilmiş ve/veya yeni işlevlere sahip enzimler ( kimyasal reaksiyonları katalize eden veya hızlandıran biyokimyasal moleküller - genellikle proteinler) oluşturmak için yönlendirilmiş evrimin kullanımına öncülük etmesiyle tanınır . Yönlendirilmiş evolüsyon strateji mutagenezin tekrarlı döngülerine içerir ve geliştirilmiş fonksiyonları olan proteinlerin taranması ve faydalı oluşturmak için kullanılmış olan , biyolojik sistemler de dahil olmak üzere, enzimler , metabolik yol , genetik olarak düzenleyici devreler ve organizmaların. Doğada, doğal seçilim yoluyla evrim, biyolojik görevleri yerine getirmek için çok uygun proteinlere (enzimler dahil) yol açabilir, ancak doğal seçilim yalnızca mevcut dizi varyasyonları (mutasyonlar) üzerinde etkili olabilir ve tipik olarak uzun zaman dilimlerinde gerçekleşir. Arnold, proteinlerin altında yatan dizilere mutasyonlar sokarak süreci hızlandırır; daha sonra bu mutasyonların etkilerini test eder. Bir mutasyon proteinlerin işlevini geliştirirse, daha da optimize etmek için süreci yinelemeye devam edebilir. Bu stratejinin geniş etkileri vardır, çünkü çok çeşitli uygulamalar için proteinleri tasarlamak için kullanılabilir. Örneğin , çevreye daha az zarar veren yenilenebilir yakıtlar ve farmasötik bileşikler üretmek için kullanılabilecek enzimleri tasarlamak için yönlendirilmiş evrimi kullandı .

Yönlendirilmiş evrimin bir avantajı, mutasyonların tamamen rastgele olması gerekmemesidir; bunun yerine, keşfedilmemiş potansiyeli keşfedecek kadar rastgele olabilirler, ancak verimsiz olacak kadar rastgele değiller. Muhtemel mutasyon kombinasyonlarının sayısı astronomiktir, ancak mümkün olduğu kadar çok sayıda rastgele test etmeye çalışmak yerine, biyokimya bilgisini, seçenekleri daraltmak için bütünleştirir ve proteinin muhtemelen en çok sahip olduğu alanlarda mutasyonları tanıtmaya odaklanır. aktivite üzerinde olumlu etki ve mutasyonların en iyi ihtimalle nötr ve en kötü ihtimalle zararlı (uygun protein katlanmasını bozmak gibi) olacağı alanlardan kaçınma.

Arnold, yönlendirilmiş evrimi enzimlerin optimizasyonuna uyguladı (bunu yapan ilk kişi olmasa da, bkz. Barry Hall). 1993'te yayınlanan çığır açıcı çalışmasında, oldukça doğal olmayan bir ortam olan organik çözücü DMF'de aktif olan subtilisin E'nin bir versiyonunu tasarlamak için yöntemi kullandı . Çalışmayı , hataya meyilli PCR yoluyla, bakteriler tarafından ifade edilen enzim geninin dört ardışık mutajenez turunu kullanarak gerçekleştirdi . Her turdan sonra enzimleri, kazein ve DMF içeren agar plakaları üzerinde bakterileri büyüterek DMF varlığında süt proteini kazeini hidrolize etme yetenekleri açısından taradı . Bakteriler enzimi salgıladı ve eğer işlevsel olsaydı kazeini hidrolize eder ve görünür bir hale üretirdi. En büyük halelere sahip olan bakterileri seçti ve daha sonraki mutajenez turları için DNA'larını izole etti. Bu yöntemi kullanarak, DMF'de orijinalinden 256 kat daha fazla aktiviteye sahip bir enzim tasarladı.

Enzimleri farklı işlevler için optimize etmek için yöntemlerini daha da geliştirmiş ve farklı seçim kriterleri altında uygulamıştır. Doğal olarak evrimleşmiş enzimlerin dar bir sıcaklık aralığında iyi işlev görme eğilimindeyken, enzimlerin hem yüksek hem de düşük sıcaklıklarda işlev görebilen yönlendirilmiş evrim kullanılarak üretilebileceğini gösterdi. Arnold, doğal enzimlerin mevcut fonksiyonlarını iyileştirmeye ek olarak, siklopropanasyon ve karben ve nitren transfer reaksiyonlarını gerçekleştirmek için sitokrom P450'yi geliştirdiğinde olduğu gibi, daha önce hiçbir spesifik enzimin bulunmadığı fonksiyonları gerçekleştiren enzimler tasarlamıştır .

Tek tek molekülleri geliştirmenin yanı sıra , Escherichia coli'de karotenoidlerin ve L-metionin üretiminde yer alanlar gibi biyosentetik yollardaki enzimleri birlikte geliştirmek için yönlendirilmiş evrimi kullandı (tüm hücre olarak kullanılma potansiyeline sahiptir). biyokatalizör). Bu yöntemleri biyoyakıt üretimine uygulamıştır . Örneğin, biyoyakıt izobütanol üretmek için bakterileri evrimleştirdi ; E. coli bakterilerinde üretilebilir , ancak üretim yolu, kofaktör NADPH'yi gerektirirken, E. coli, kofaktör NADH'yi yapar . Bu sorunu aşmak için, yoldaki enzimleri NADPH yerine NADH kullanacak şekilde geliştirdi ve izobütanol üretimine izin verdi.

Arnold, bazı endüstriyel kimyasal sentez prosedürlerine çevre dostu alternatifler olarak kullanılabilecek oldukça spesifik ve verimli enzimler tasarlamak için yönlendirilmiş evrimi de kullanmıştır. O ve onun yöntemlerini kullanan diğerleri, daha az yan ürünle ve bazı durumlarda tehlikeli ağır metallere olan ihtiyacı ortadan kaldırarak sentez reaksiyonlarını daha hızlı gerçekleştirebilen enzimler tasarladılar .

Benzersiz işlevlere sahip protein kimeraları oluşturmak için farklı proteinlerin parçalarını birleştirmek için yapı güdümlü protein rekombinasyonunu kullanır. Parçaların ebeveyn yapılarını bozmadan nasıl birleştirilebileceğini tahmin etmek için SCHEMA gibi hesaplama yöntemleri geliştirdi , böylece kimeralar düzgün bir şekilde katlanır ve ardından işlevlerini optimize etmek için kimeraları daha fazla mutasyona uğratmak için yönlendirilmiş evrim uygular.

Arnold, Caltech'te yönlendirilmiş evrimi ve bunun çevre dostu kimyasal sentez ve yeşil/alternatif enerjideki uygulamalarını, son derece aktif enzimlerin (selülolitik ve biyosentetik enzimler) ve yenilenebilir biyokütleyi yakıtlara ve kimyasallar. Inha Cho ve Zhi-Jun Jia ile 2019'da Science'da yayınlanan bir makale, sonuçların tekrarlanabilir olmadığı tespit edildiğinden 2 Ocak 2020'de geri çekildi.

2021 itibariyle, Arnold'un Google Akademik'e göre h-endeksi 135'tir .

Kişisel hayat

Arnold , California, La Cañada Flintridge'de yaşıyor . 2001 yılında kanserden ölen James E. Bailey ile evlendi. James Bailey adında bir oğulları oldu. Arnold'a 2005 yılında meme kanseri teşhisi kondu ve 18 ay tedavi gördü.

Arnold, 1994 yılında başlayan Caltech astrofizikçisi Andrew E. Lange ile nikahsız bir evlilik içindeydi ve iki oğulları William ve Joseph vardı. Lange 2010 yılında intihar etti ve oğullarından William Lange-Arnold 2016 yılında bir kazada öldü.

Hobileri arasında seyahat etmek, tüplü dalış yapmak, kayak yapmak, arazide bisiklete binmek ve doğa yürüyüşü yer almaktadır.

Onurlar ve ödüller

Arnold'un çalışmaları, 2018 Nobel Kimya Ödülü , 2011 Ulusal Mühendislik Akademisi (NAE) Draper Ödülü (bunu alan ilk kadın) ve 2011 Ulusal Teknoloji ve Yenilik Madalyası dahil olmak üzere birçok ödülle tanındı . 2011'de Amerikan Sanat ve Bilim Akademisi'ne seçildi ve 2014'te Ulusal Mucitler Onur Listesi'ne girdi. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki üç Ulusal Akademiye de seçilen ilk kadındı – Ulusal Mühendislik Akademisi (2000). ), daha önce Tıp Enstitüsü (2004) olarak adlandırılan Ulusal Tıp Akademisi ve Ulusal Bilimler Akademisi (2008).

Arnold, American Association for the Advancement of Science , American Academy of Arts and Sciences , the American Academy of Microbiology , the American Institute for the American Medical and Biological Engineering ve 2018'de Birleşik Krallık Kraliyet Mühendislik Akademisi'nin Uluslararası Üyesidir .

2016'da , yönlendirilmiş evrime öncülük ettiği için kazandığı Milenyum Teknoloji Ödülü'nü kazanan ilk kadın oldu . 2017 yılında Arnold, Ulusal Bilimler Akademisi tarafından yakınsama araştırmalarına olağanüstü katkılar sağlayan Yakınsama Araştırmasında Raymond ve Beverly Sackler Ödülü'ne layık görüldü .

2018'de , yönlendirilmiş evrim konusundaki çalışmaları nedeniyle Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü ve onu 117 yıllık varoluşunda ödülü alan beşinci kadın ve ilk Amerikalı kadın yaptı. O ortaklaşa verilen diğer yarısı, ödülün bir buçuk pay alan George Smith ve Gregory Winter "için faj gösterimi ait peptidler ve antikorlar ." Princeton'dan Nobel Ödülü alan ilk kadın mezun ve lisans derecesini Princeton'dan (erkek veya kadın) alan ve doğa bilimleri kategorilerinden (kimya, fizik ve fizyoloji) birinde Nobel Ödülü alan ilk kişidir. ilaç). Kasım 2018'de BBC'nin 100 Kadınından biri olarak listelendi . 24 Ekim 2019'da Papa Francis , onu Papalık Bilimler Akademisi üyesi olarak atadı .

popüler medyada Görünüşler

The Big Bang Theory dizisinin 12. sezonunun 18. bölümü "The Laureate Accumulation"da kendini canlandırdı . Eylül 2021'de PME UChicago'nun 10. yıldönümünde şaka yollu bir şekilde bu görünümün hayatının en büyük ödülü olduğunu iddia etti.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar