En (r)evolution inom kemin, skriver Kungliga vetenskapsakademien i ett pressmeddelande.
Efter att det första fröet till liv uppstod för runt 3,7 miljarder år sedan har nästan varje skrymsle av jorden fyllts av olika organismer. Livet har kunnat sprida sig till djuphaven, varma källor och heta öknar eftersom evolutionen har löst en rad kemiska problem. Livets kemiska verktyg – proteinerna – har vässats, förändrats och förnyats och möjliggjort en fantastisk mångfald.
Principen för riktad evolution av enzymer. Efter några rundor av riktad evolution kan ett enzym ha förbättras fera tusen gånger.
Den första riktade evolutionen av enzymer
Den ena halvan av årets kemipris tilldelas Frances H. Arnold. 1993 genomförde hon den första riktade evolutionen av enzymer (proteiner som katalyserar kemiska reaktioner). Sedan dess har hon slipat fram de metoder som numera används rutinmässigt för att utveckla nya katalysatorer. Frances Arnolds enzymer nyttjas bland annat för en mer miljövänlig tillverkning av kemiska substanser, som läkemedel, och för att framställa förnybara bränslen för en grönare transportsektor.
Istället för att tillverka läkemedel, plaster och andra kemikalier med traditionell kemi, som ofta kräver starka lösningsmedel, tungmetaller och frätande syror, var Nobelpristagaren Frances Arnold idé att ta hjälp av livets kemiska verktyg: enzymer. De katalyserar de kemiska reaktioner som sker i jordens alla organismer, och om hon lärde sig formge nya enzymer skulle hon kunna förändra kemin i grunden.
Arnold börjar leka med evolutionen
Till en början försökte Frances Arnold, liksom flera andra forskare mot 1980-talets slut, att på rationell väg tänka ut hur enzymer skulle byggas om för att få nya egenskaper, men enzymer är extremt komplexa molekyler. De byggs av 20 olika slags byggstenar – aminosyror – som kan kombineras i det oändliga.
Ett enda enzym kan bestå av flera tusen aminosyror. De länkas samman i långa kedjor som veckas till en tredimensionell struktur. I det inre av denna struktur skapas den miljö som krävs för att katalysera en viss kemisk reaktion. Att på logisk väg försöka räkna ut hur denna invecklade arkitektur ska göras om för att ett enzym ska få nya egenskaper är svårt även med dagens kunskap och datorkraft.
Ödmjuk inför naturens överlägsenhet beslöt sig Arnold i början av 1990-talet för att överge denna, med hennes egna ord, ”något förmätna väg” och istället låta sig inspireras av naturens egen metod för att optimera kemi: evolutionen.
Olika varianter av subtilisin