Frances arnold

Frances arnold Imagen en Infobox. Biografía
Nacimiento 25 de julio de 1956
Pittsburgh
Nombre de nacimiento Frances hamilton arnold
Nacionalidad Americana
Capacitación Taylor Allderdice High School ( en )
Universidad de Princeton (hasta1979)
Universidad de California en Berkeley (hasta1985)
Ocupaciones Bioquímico , inventor , profesor universitario , ingeniero , investigador , docente
Padre William Howard Arnold ( en )
Articulación Jay Bailey ( en ) (hasta1994)
Parentesco William Howard Arnold ( en ) (abuelo)
Otras informaciones
Trabajé para Instituto de Tecnología de California
Dominio Ingeniería Química
Miembro de Academia Estadounidense de Artes y Ciencias
Academia Nacional de Ingeniería de los Estados Unidos (2000)
Academia Nacional de Medicina de los Estados Unidos (2004)
Academia Estadounidense de Ciencias (2008)
Real Sociedad (2020)
Director de tesis Warren Harvey Blanch ( d )
Sitio web www.che.caltech.edu/faculty/arnold_f/index.html
Premios Premio Nobel de Química (2018)

Frances Hamilton Arnold , nacida el25 de julio de 1956en Edgewood , es ingeniero en bioquímica . Su trabajo ha ganado numerosos premios, incluido el Premio Draper en 2011, la Medalla Nacional de Tecnología e Innovación en 2013 y el Premio Nobel de Química en 2018.

Ha desarrollado métodos de evolución dirigida para crear sistemas biológicos útiles, que incluyen enzimas , vías metabólicas , circuitos novedosos para regular la expresión génica e incluso organismos. Es profesora de ingeniería química , bioingeniería y bioquímica en el Instituto de Tecnología de California , donde estudia la evolución dirigida y sus aplicaciones en los campos de la ciencia , la medicina , la química y la energía .

Recibió una licenciatura en ingeniería mecánica e ingeniería y tecnología espacial en la Universidad de Princeton en 1979 y un doctorado en ingeniería química en la Universidad de California en Berkeley . Hizo su trabajo postdoctoral allí en química y biofísica antes de trasladarse a la universidad privada de Caltech (Instituto de Tecnología de California) en 1986 .

Educación Infantil

Frances Arnold, nacida en Edgewood , EE. UU., Es hija de William Howard Arnold, que trabajó como físico nuclear , y Josephine Inman Routheau. Con sus cuatro hermanos, William Howard III, Edward, David y Thomas, le encantaba competir.

Creció en los suburbios de Pittsburgh , sobre todo en Edgewood, Shadyside y Squirrel Hill.

Se graduó de Allderdice High School en 1974 .

Todavía una estudiante de secundaria, hizo autostop a Washington para manifestarse y protestar contra la guerra de Vietnam . Vivía allí sola con un trabajo como mesera de cócteles en un club de jazz local y como taxista .

Frances Arnold estudió Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de Princeton , concluyendo este ciclo de estudios con un título en 1979 , antes de obtener un doctorado en Ingeniería Química de la Universidad de California, Berkeley en 1985 .. Su trabajo de tesis , realizado en el laboratorio de Harvey Blanch, se centró en las técnicas de cromatografía de afinidad . Después de graduarse, comenzó su vida de investigación profesional con una investigación postdoctoral en UC Berkeley y Caltech ("  Instituto de Tecnología de California  ").

Vida privada

Frances Arnold vive en La Cañada Flintridge ( California ). Estaba casada con el ingeniero bioquímico James E. Bailey con quien tuvo un hijo, James, y quien murió de cáncer en 2001. Luego se volvió a casar con el astrofísico Andrew E. Lange y tuvieron dos hijos, William y Joseph. Su segundo marido se suicidó en 2010 y su hijo William murió en un accidente en 2016.

Le diagnosticaron cáncer de mama en 2005 y es una de las sobrevivientes de cáncer.

Aparece en el episodio 18 de la temporada 12 de The Big Bang Theory, donde interpreta su propio papel.

Carrera profesional

En 1996 fue nombrada profesora de Caltech, en 2005 cofundó la empresa de biocombustibles Gevo, en 2013 cofundó la empresa Provivi, para el biocontrol en la agricultura. Fue elegida miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 2011 . Frances Arnold tiene el raro honor de ser elegida miembro de las tres academias nacionales de los Estados Unidos: la Academia Nacional de Ciencias, la Academia Nacional de Ingeniería y el Instituto de Medicina. Es miembro de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias, la Academia Estadounidense de Microbiología, el Instituto Estadounidense de Ingeniería Médica y Biológica, y miembro internacional de la Real Academia de Ingeniería de la Reino Unido . En 2016, sintetizó una enzima capaz de crear un enlace carbono-silicio.

Frances Arnold, miembro del consejo asesor del Joint BioEnergy Institute y de las becas de ciencia e ingeniería financiadas por Packard DOE , también forma parte del consejo asesor del presidente de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST). Actualmente es jueza del Premio de Ingeniería Queen Elizabeth. Trabajó con Science & Entertainment Exchange de la Academia Estadounidense de Ciencias para ayudar a los guionistas de Hollywood a describir con precisión temas científicos.

En 2018 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo sobre la evolución dirigida de enzimas, premio que comparte con el británico Gregory Winter y el estadounidense Georges P. Smith , por su trabajo sobre la evolución dirigida de péptidos y de anticuerpos. vía fagos '.

la 24 de octubre de 2019Fue nombrada miembro de la Pontificia Academia de Ciencias por el Papa Francisco .

Investigar

En 1993, fabricó una enzima ( subtilisina E) que era funcional en un entorno no natural. Frances Arnold fue una de las primeras en utilizar la evolución dirigida para crear enzimas (moléculas bioquímicas, principalmente proteínas, que catalizan o aceleran ciertas reacciones químicas) con funciones mejoradas o incluso completamente nuevas.

Esta estrategia (evolución dirigida) implica provocar de forma repetida y más o menos aleatoria la mutagénesis de proteínas (o cofactores ) para obtener una "biblioteca" y luego cribar las proteínas producidas para probar, seleccionar y retener aquellas que parecen tener funciones mejoradas. Se ha utilizado para crear o mejorar enzimas, hemas , vías metabólicas , circuitos reguladores genéticos e incluso organismos. En la naturaleza, la evolución por selección natural conduce, en particular, a nuevas proteínas (incluidas las enzimas) o producidas en un nuevo lugar o en un nuevo momento, donde resultan adecuadas para llevar a cabo las tareas biológicas que deseamos que se lleven a cabo. pero esta selección natural solo puede actuar sobre proteínas que contienen variaciones de secuencia existentes (mutaciones) y por lo general lleva mucho tiempo.

Frances Arnold eligió acelerar el proceso provocando mutaciones en las secuencias subyacentes de proteínas, cuyas propiedades luego prueba. Si una mutación mejora la función de una proteína modificada, el operador puede repetir el proceso para optimizarlo aún más. Esta estrategia tiene amplias implicaciones porque se puede utilizar para diseñar proteínas para una amplia variedad de aplicaciones.

Así descubrió enzimas útiles para producir combustibles renovables y compuestos farmacéuticos menos dañinos para el medio ambiente.

En comparación con la transgénesis practicada desde la década de 1980, una ventaja de la evolución dirigida es que, en algunos casos, las mutaciones pueden dejarse al azar (completamente aleatorias) para descubrir un potencial inexplorado o guiarse en parte para terminar encontrando mutaciones consideradas efectivas e interesantes. El número de posibles combinaciones de mutaciones es astronómico, pero Frances Arnold utiliza los avances en bioquímica para centrarse en introducir mutaciones en una o más regiones funcionales de la proteína que probablemente tengan el mayor potencial, evitando al mismo tiempo hacerlo. ser, en el mejor de los casos, neutrales y, en el peor de los casos, perjudiciales (como la interrupción del plegamiento correcto de proteínas , por ejemplo, que se encuentran en priones patógenos )

Frances Arnold fue la primera química en aplicar la evolución orientada para la optimización de enzimas; su trabajo fundamental (publicado en 1993) utilizó este método para desarrollar una versión de subtilisina E activa en un ambiente altamente artificial, incluyendo en particular en un solvente orgánico , dimetilformamida (DMF). Realizó su trabajo utilizando cuatro rondas secuenciales de mutagénesis de genes de la enzima, expresados ​​por bacterias, mediante PCR disruptiva. Después de cada ciclo, examinó la capacidad de las enzimas para hidrolizar la caseína, una proteína de la leche, en presencia de DMF, al permitir que las bacterias crezcan en placas de Petri que contienen agar a base de caseína y DMF. Las bacterias secretaron la enzima y, si eran funcionales, hidrolizaron la caseína y produjeron un halo visible. Ella seleccionó las bacterias que tenían los halos más grandes y aisló su ADN para más rondas de mutagénesis. Encontró una enzima 256 veces más activa en DMF que la original.

Frances Arnold luego perfeccionó su método, aplicando diferentes criterios de selección para "optimizar" las enzimas para diferentes funciones. Se ha demostrado que si bien la mayoría de las enzimas naturales funcionan bien solo en un rango de temperatura estrecho, las enzimas modificadas para funcionar a temperaturas más cálidas y / o más frías pueden producirse por evolución dirigida. También ha diseñado enzimas que cumplen funciones desconocidas en el medio natural, por ejemplo con el citocromo P450 que lleva a cabo reacciones de ciclopropanación y transferencia de carbeno y nitreno . Así, co-desarrolló enzimas en las vías biosintéticas, incluidas las implicadas en la producción de carotenoides , o, para la biocatálisis , revirtió la enantioselectividad de la hidantoinasa de modo que toda Escherichia coli produzca aminoácidos del tipo L-metionina .

Frances Arnold aplicó estos métodos a la producción de biocombustibles: creó así bacterias que producen isobutanol  ; podría producirse en la bacteria E. coli , pero la ruta de producción requería el cofactor NADPH, mientras que E. coli produce otro cofactor (NADH). Por lo tanto, Frances Arnold desarrolló las enzimas necesarias utilizando NADH en lugar de NADPH, lo que permitió la producción de isobutanol. También ha producido enzimas altamente específicas y eficientes que pueden reemplazar ciertas síntesis químicas de una manera menos contaminante.

Ella y otros, utilizando los mismos métodos, crearon enzimas que realizaban síntesis químicas más rápidas, con menos subproductos y, a veces, sin la necesidad de metales pesados ​​peligrosos como catalizadores.

Jeffrey Moore (ex alumno de Frances Arnold) y sus colegas utilizaron la evolución dirigida para desarrollar una enzima que produzca sitagliptina (un antidiurético ). Frances Arnold también formó quimeras de proteínas con funciones únicas. Ella desarrolló métodos computacionales, incluido el método SCHEMA que predice cómo las partes se pueden combinar sin alterar su estructura original (para que las proteínas quiméricas se plieguen correctamente), luego les aplicó sus métodos de evolución dirigida para producir mutaciones posteriores de estas quimeras, con el fin de optimizar su funciones.

Frances Arnold dirige un laboratorio en Caltech que continúa estudiando la evolución dirigida y sus aplicaciones en síntesis química ambientalmente amigable y al servicio de energías verdes y alternativas, con en particular el desarrollo de enzimas y microorganismos altamente activos (enzimas celulolíticas y biosintéticas) para convertir biomasa renovable en combustibles químicos y / o reactivos.

Notas y referencias

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enlaces externos