Frances Arnold erforschte Enzyme und bekam Nobelpreis
Frances Arnold erhielt den Nobelpreis für Chemie im Jahr 2018. Ihre Forschung war wegweisend für weitere Entwicklungen, um Enzyme und Antikörper für die Anwendung umweltfreundlicher Chemikalien und Medikamente zu entwickeln.
Frances Arnolds Beitrag zur gerichteten Evolution von Enzymen
Frances Arnold, eine US-amerikanische Forscherin, revolutionierte die Biotechnologie, indem sie 1993 die gerichtete Evolution von Enzymen vorstellte. Diese Methode ermöglicht es, Enzyme gezielt in eine gewünschte Richtung zu entwickeln und sie als maßgeschneiderte Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen einzusetzen. Heute werden Arnolds Enzyme in der Herstellung von Biokraftstoffen und Pharmazeutika eingesetzt, was ihr den Chemie-Nobelpreis einbrachte. Doch sie bekam nur den halben Nobelpreis.
George Smiths Einsatz von Bakteriophagen für neue Proteine
Der andere Teil des Nobelpreises ging an den US-amerikanischen Forscher George Smith und den britischen Wissenschaftler Sir Gregory Winter. Smith entwickelte 1985 das Phagen-Display, eine Methode, die Bakteriophagen nutzt, um neue Proteine mit spezifischen Eigenschaften zu erzeugen. Winter wiederum setzte diese Methode ein, um Antikörper mit gewünschten Merkmalen für die Produktion neuer Pharmazeutika zu generieren. Diese Technologie, erstmals 2002 genehmigt, revolutionierte die Behandlung von Krankheiten wie rheumatoider Arthritis und metastasierendem Krebs.
Einblick in die Zukunft der Forschung
Die Auszeichnung war von großer Bedeutung, da sie die Wichtigkeit der biotechnologischen Forschung betonte. Dadurch konnten umweltfreundliche Chemikalien und wirksame Medikamente entwickelt werden. Sowohl Arnolds gerichtete Evolution von Enzymen als auch Smiths und Winters Einsatz von Bakteriophagen legten den Grundstein für eine vielversprechende Zukunft in der Biotechnologie. So zeigt die folgende Statistik die Verteilung des weltweiten Arzneimittelumsatzes nach Produktionstechnologie in den Jahren von 2006 bis 2028. Im Jahr 2022 entfielen bereits 39 % des weltweiten Arzneimittelumsatzes auf biotechnologisch hergestellte Präparate.
Ein Blick auf das Wirken von Frances Arnold
Arnold studierte Luftfahrttechnik und Maschinenbau an der Princeton University, bevor sie 1985 an der University of California, Berkeley, in Chemie-Ingenieurwesen promovierte. Seit 1986 ist sie am Caltech tätig, wo sie ihre Forschung zur gerichteten Evolution von Enzymen vorantreibt. Dabei hat sie über 30 US-Patente erworben und zahlreiche Biotechnologie- und Pharmaziefirmen beraten. Neben ihrer Arbeit als Wissenschaftlerin ist sie auch als Mitgründerin von Gevo Inc. aktiv, einem Unternehmen, das Methoden zur Herstellung von Bio-Brennstoffen entwickelt. „Ich wollte schon immer Bio-Ingenieurin werden und ich habe mich in Enzyme verliebt“, gestand Frances Arnold. „Im Vergleich zu Menschen sind Enzyme die besseren Chemiker.“
Die Bedeutung der gerichteten Evolution
Die gerichtete Evolution, wie von Frances Arnold entwickelt, hat weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Biotechnologie und darüber hinaus. Durch ihre Forschung können Enzyme industriell genutzt werden.
In der Industrie werden Arnolds Enzyme zunehmend zur Herstellung von Biokraftstoffen, Pharmazeutika und anderen chemischen Produkten eingesetzt. Durch ihre Fähigkeit, spezifische chemische Reaktionen zu katalysieren, können diese maßgeschneiderten Enzyme die Effizienz von Produktionsprozessen steigern und dabei helfen, umweltfreundlichere und nachhaltigere Produkte herzustellen.
Auch in der Medizin eröffnet die gerichtete Evolution neue Möglichkeiten. Durch die gezielte Entwicklung von Enzymen und Proteinen können Wissenschaftler neue Therapien für Krankheiten erforschen und entwickeln. Zum Beispiel könnten maßgeschneiderte Enzyme dazu beitragen, bestimmte Arten von Krebszellen gezielt zu bekämpfen, oder die Wirksamkeit von Medikamenten zu verbessern.
Weitere Forschungsperspektiven von Frances Arnold
Die Arbeit von Frances Arnold hat auch das Interesse an weiteren Forschungsgebieten geweckt, darunter Proteinengineering und die Synthetische Biologie. Diese Disziplinen nutzen ähnliche Konzepte wie die gerichtete Evolution, um maßgeschneiderte Proteine und Organismen für eine Vielzahl von Anwendungen zu entwickeln.
Die Zukunft der Biotechnologie
Insgesamt zeigt die Arbeit von Frances Arnold und anderen Forschern auf diesem Gebiet das enorme Potenzial der Biotechnologie, um innovative Lösungen für die Herausforderungen unserer Zeit zu entwickeln. Durch die gezielte Entwicklung von Enzymen und Proteinen können wir nicht nur umweltfreundlichere Produkte herstellen und Krankheiten besser behandeln, sondern auch grundlegende Erkenntnisse über die Funktionsweise von Proteinen und die Natur der Evolution gewinnen.
Fazit: Der Nobelpreis für Chemie 2018 würdigte die bahnbrechenden Entdeckungen von Frances Arnold, George Smith und Gregory Winter. Das Potenzial der Biochemie und Biotechnologie für die Lösung globaler Probleme wie Umweltverschmutzung und Krankheiten wurde dadurch erkannt und weiterentwickelt. Damit ist die Arbeit von Frances Arnold ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte der Biotechnologie.
