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フランシス・アーノルド | |
|---|---|
.jpg/500px-Frances_Arnold_in_2021_at_Caltech_01_(cropped).jpg) 2021年のアーノルド | |
| 大統領科学技術諮問委員会共同議長 | |
| 2021年1月20日就任 | |
| 社長 | ジョー・バイデン |
| 先行 | ポジションを確立 |
| 個人情報 | |
| 生まれる | フランシス・ハミルトン・アーノルド 1956年7月25日米国 ペンシルベニア州エッジウッド |
| 配偶者 | (1987–1991) |
| 同棲相手 | アンドリュー・E・ランゲ（1994年～2010年） |
| 子供たち | 3 |
| 教育 | プリンストン大学( BS ) カリフォルニア大学バークレー校( MS、 PhD ) |
| 受賞歴 |
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| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 化学工学 バイオエンジニアリング 生化学 |
| 機関 | カリフォルニア工科大学 |
| 論文 | アフィニティー分離の設計とスケールアップ （1985） |
| 博士課程の指導教員 | ハーヴェイ・ブランチ |
| 博士課程の学生 | |
フランシス・ハミルトン・アーノルド（1956年7月25日生まれ）[1]は、アメリカの化学技術者であり、ノーベル賞受賞者です。カリフォルニア工科大学（Caltech）の化学工学、生物工学、生化学のライナス・ポーリング教授です。2018年、彼女は酵素を設計するための指向性進化の使用の先駆者としてノーベル化学賞を受賞しました。[2]
2019年、アルファベット社はアーノルド氏が取締役会に加わったと発表した。2021年1月以降、彼女はジョー・バイデン大統領の科学技術諮問委員会（PCAST）の外部共同議長も務めている[3] [4]。
幼少期と教育
アーノルドは、ジョセフィン・インマン（旧姓ルーソー）と原子物理学者ウィリアム・ハワード・アーノルドの娘であり、ウィリアム・ハワード・アーノルド中将の孫娘である。[5]彼女にはビルという兄と、エドワード、デイビッド、トーマスという3人の弟がいる。彼女はピッツバーグ郊外のエッジウッド、シェイディサイド、スクワレルヒルで育ち、 1974年に市内のテイラー・オルダーダイス高校を卒業した。 [6]高校生の頃、彼女はベトナム戦争に抗議するためにワシントンD.C.までヒッチハイクし[7]、一人暮らしをしながら地元のジャズクラブでカクテルウェイトレスやタクシー運転手として働いた。[要出典]
アーノルドが10代の頃に幼少期を過ごした家を出て行ったのと同じ独立心が、学校を頻繁に欠席し、成績も低かった原因でもあった。それにもかかわらず、彼女は標準テストでほぼ満点を取ったため、父親の母校であるプリンストン大学に進学することを決意した。彼女は機械工学専攻として応募し、合格した。[8]アーノルドが工学を学んだ動機は、ノーベル賞受賞インタビューで述べたように、「[機械工学]は当時プリンストン大学に入学する最も簡単な選択肢であり、最も簡単な方法だったので、私は大学を離れなかった」というものだった。[9]
アーノルドは1979年にプリンストン大学で機械・航空宇宙工学の理学士号（BS）を取得し、同大学では太陽エネルギー研究に注力した。[10]専攻科目の必修科目に加え、経済学、ロシア語、イタリア語の授業も履修し、将来は外交官かCEOになることを夢見て、国際関係論の上級学位の取得も検討した。[11] 2年目終了後、プリンストン大学を1年間休学し、イタリアに渡り原子炉部品を製造する工場で働き、その後戻って研究を修了した。[12]プリンストン大学に戻ると、エネルギー・環境研究センターで学び始めた。このセンターは当時ロバート・ソコロウが率いていた科学者やエンジニアのグループで、持続可能なエネルギー源の開発に取り組んでおり、これが彼女の後の研究の焦点となるテーマだった。[12]
1979年にプリンストン大学を卒業した後、アーノルドは韓国とブラジルでエンジニアとして働き、コロラド州の太陽エネルギー研究所でも働いた。[12]太陽エネルギー研究所（現在の国立再生可能エネルギー研究所）では、遠隔地向けの太陽エネルギー施設の設計に携わり、国連（UN）の立場表明の執筆にも協力した。[11]
その後、彼女はカリフォルニア大学バークレー校に入学し、 1985年に化学工学の博士号を取得しました[13]。そして生化学に深い興味を持つようになりました。[14] [12]ハーヴェイ・ウォーレン・ブランチの研究室で取り組んだ彼女の学位論文では、アフィニティークロマトグラフィー技術を調査しました。[13] [15]アーノルドは化学工学の博士号を取得するまで化学のバックグラウンドがありませんでした。博士課程の最初の年、カリフォルニア大学バークレー校の大学院委員会は彼女に学部レベルの化学コースの受講を義務付けました。[8]
キャリア
アーノルドは博士号を取得後、バークレー校で生物物理化学のポスドク研究を完了した。[16] 1986年、カリフォルニア工科大学に客員研究員として加わった。1986年に助教授、1992年に准教授、1996年に教授に昇進した。2000年に化学工学、生体工学、生化学のディック・アンド・バーバラ・ディキンソン教授に任命され、2017年には現在の職である化学工学、生体工学、生化学のライナス・ポーリング教授に任命された。[17] 2013年、カリフォルニア工科大学のドナ・アンド・ベンジャミン・M・ローゼン生物工学センターの所長に任命された。[18]
アーノルドは1995年から2000年までサンタフェ研究所の科学委員会に所属していた。 [19]彼女はジョイントバイオエネルギー研究所の諮問委員会のメンバーでもあった。アーノルドはパッカード科学工学フェローシップの諮問委員会の議長を務めている。彼女はキングアブドラ科学技術大学（KAUST ）の学長諮問委員会に所属していた。彼女はエリザベス女王工学賞の審査員を務め、全米科学アカデミーの 科学＆エンターテイメント取引所と協力してハリウッドの脚本家が科学のテーマを正確に描写できるように支援した。[20]
2000 年、アーノルドは分子生物学、遺伝学、生物工学の基礎を統合して生命科学と産業に貢献した功績により、 全米工学アカデミーの会員に選出されました。
彼女は40件以上の米国特許の共同発明者です。[14]彼女は2005年に再生可能資源から燃料や化学物質を作る会社であるGevo, Inc.を共同設立しました。[14] 2013年に、彼女と彼女の元学生であるピーター・マインホールドとペドロ・コエーリョは、作物保護のための殺虫剤の代替品を研究するためにProviviという会社を共同設立しました。[14] [21] [22]彼女は2016年からゲノミクス企業イルミナ社の取締役を務めています。[23] [24]
2019年に彼女はアルファベット社の取締役に任命され、アーノルド氏はグーグル親会社の3人目の女性取締役となった。[25]
2021年1月、彼女はジョー・バイデン大統領の科学技術諮問委員会（PCAST）の外部共同議長に任命された。彼女はバイデンの政権移行チームと協力して、政権内で役割を果たす科学者の選定を支援している。彼女は、現在の主な仕事はPCASTの追加メンバーの選出を支援し、グループの科学的議題の設定に着手することだと述べている。彼女は次のように述べている。「私たちは、政策立案や政府全体の意思決定における科学の重要性を再確立しなければなりません。アメリカ国民の科学に対する信頼を再確立する必要があります... PCASTはその点で有益な役割を果たすことができると思います。」[26]
研究
アーノルドは、改良された機能や新しい機能を持つ酵素（化学反応を触媒または加速する生化学分子で、多くの場合はタンパク質）を作成するための指向性進化の使用の先駆者として評価されています。 [27]指向性進化戦略では、機能が向上したタンパク質の突然変異誘発とスクリーニングを反復的に行い、酵素、代謝経路、遺伝子調節回路、生物などの有用な生物学的システムを作成するために使用されてきました。自然界では、自然選択による進化により、生物学的タスクを実行するのに適したタンパク質（酵素を含む）が生まれますが、自然選択は既存の配列の変化（突然変異）にのみ作用し、通常は長い期間にわたって発生します。[28]アーノルドは、タンパク質の基礎となる配列に突然変異を導入することでプロセスを高速化し、次にこれらの突然変異の影響をテストします。突然変異によってタンパク質の機能が向上する場合は、プロセスを繰り返してさらに最適化することができます。この戦略は、さまざまな用途のタンパク質を発見するために使用できるため、幅広い影響があります。[29]例えば、彼女は指向性進化を利用して、環境への害が少ない再生可能燃料や医薬品化合物を生産するために使用できる酵素を発見しました。 [27]
指向性進化の利点の 1 つは、突然変異が完全にランダムである必要がないことです。代わりに、未開拓の可能性を発見できる程度にはランダムですが、非効率になるほどランダムではありません。考えられる突然変異の組み合わせの数は天文学的ですが、できるだけ多くの突然変異をランダムにテストするのではなく、生化学の知識を統合して選択肢を絞り込み、活性に最も良い影響を与える可能性のあるタンパク質の領域に突然変異を導入することに焦点を当て、突然変異がせいぜい中立で最悪の場合は有害である可能性のある領域 (適切なタンパク質の折り畳みを妨害するなど) を避けます。[27]
アーノルドは指向性進化を酵素の最適化に応用した（ただし、最初に応用したわけではない。例えばバリー・ホール[30]を参照）。1993年に発表された彼女の独創的な研究[27]では、この方法を使用して、非常に不自然な環境である有機溶媒DMFで活性なサブチリシンE のバージョンを設計した。 [31]彼女は、エラーを起こしやすいPCRによって、細菌によって発現された酵素の遺伝子の突然変異誘発を4回連続して行った。各ラウンドの後、彼女は、カゼインと DMF を含む寒天培地で細菌を増殖させることにより、DMF 存在下で乳タンパク質カゼインを加水分解する酵素の能力をスクリーニングした。細菌は酵素を分泌し、それが機能していれば、カゼインを加水分解して目に見えるハローを生成する。彼女は、最大のハローを持つ細菌を選択し、その DNA を単離して、さらなる突然変異誘発ラウンドを行った。[27]この方法を用いて、彼女はDMF中で元の酵素よりも256倍活性の高い酵素を発見した。[32]
彼女はさらにその手法を発展させ、異なる選択基準の下でそれらを適用して、酵素をさまざまな機能に最適化しました。彼女は、自然に進化した酵素は狭い温度範囲でうまく機能する傾向があるのに対し、指向性進化を使用して高温と低温の両方で機能する酵素を生成できることを示しました。[27]天然酵素の既存の機能を改善することに加えて、アーノルドは、シトクロムP450を進化させてシクロプロパン化[33]やカルベンとニトレンの移動反応を行うなど、以前は特定の酵素が存在しなかった機能を果たす酵素を発見しました。[27] [34]
個々の分子を進化させるだけでなく、彼女は指向性進化を利用して、大腸菌（全細胞生体触媒として使用できる可能性がある）でのカロテノイド[35]やL-メチオニン[36]の生産に関与する酵素などの生合成経路における共進化も行いました。 [27]彼女はこれらの方法をバイオ燃料生産に応用しました。たとえば、彼女は細菌を進化させてバイオ燃料のイソブタノールを生産させました。イソブタノールは大腸菌で生産できますが、生産経路には補因子NADPHが必要ですが、大腸菌は補因子NADHを作ります。この問題を回避するために、彼女は経路内の酵素をNADPHではなくNADHを使用するように進化させ、イソブタノールの生産を可能にしました。[27] [37]
アーノルドはまた、指向性進化を利用して、いくつかの工業用化学合成手順の環境に優しい代替手段として使用できる、非常に特異的で効率的な酵素を発見しました。[27]彼女と彼女の方法を使用する他の人たちは、より迅速に、より少ない副産物で、場合によっては有害な重金属の必要性を排除して合成反応を実行できる酵素を設計しました。[32]
彼女は構造誘導タンパク質組み換えを利用して、異なるタンパク質の部分を組み合わせて、独自の機能を持つタンパク質キメラを形成します。彼女は、キメラが適切に折り畳まれるように、親構造を破壊せずに部分を組み合わせる方法を予測するSCHEMAなどの計算手法を開発し、次に指向性進化を適用してキメラをさらに変異させ、機能を最適化します。[38] [39]
カリフォルニア工科大学では、アーノルドは、再生可能なバイオマスを燃料や化学物質に変換するための高活性酵素（セルロース分解酵素と生合成酵素）と微生物の開発を含む、指向性進化と環境に優しい化学合成およびグリーン/代替エネルギーへのその応用を研究し続ける研究室を運営しています。2019年にサイエンス誌に発表された、インハ・チョーとジジュン・ジアとの共著論文は、結果が再現できないことが判明したため、2020年1月2日に撤回されました。[40]
Google Scholarによると、 2024年現在[アップデート]、アーノルドのh指数は147である。[41]
私生活
アーノルドはカリフォルニア州ラカニャダフリントリッジに住んでいる。彼女は1987年から1991年までジェームズ・E・ベイリーと結婚していたが、ベイリーは2001年に癌で亡くなった。 [42] [23]夫婦の間にはジェームズ・ハワード・ベイリー（1990年生まれ）がいた。彼女の義理の息子ショーン・ベイリーはアメリカの映画・テレビプロデューサーである。彼は2010年に就任して以来、ウォルト・ディズニー・スタジオ・モーション・ピクチャー・プロダクションの社長を務めている。 [43]アーノルド自身も2005年に乳癌と診断され、18か月間治療を受けた。[44]
アーノルドは1994年からカリフォルニア工科大学の天体物理学者アンドリュー・E・ランゲと内縁関係にあり[45]、2人の間にはウィリアム・アンドリュー・ランゲ（1995年）とジョセフ・インマン・ランゲ（1997年）の2人の息子がいた。[ 46 ] [ 43 ]ランゲは2010年に自殺し、息子の一人ウィリアム・ランゲ・アーノルドは2016年に事故で亡くなった。[23]父ウィリアム・ハワード・アーノルドは2015年に亡くなった。[47]
彼女の趣味は旅行、スキューバダイビング、スキー、ダートバイク、ハイキングなどです。[44]
栄誉と賞
アーノルドの研究は、2018年のノーベル化学賞、2011年米国工学アカデミー（NAE）ドレイパー賞（女性として初受賞）、2011年国家技術賞など、数多くの賞を受賞している。[17]彼女は2011年にアメリカ芸術科学アカデミーの会員に選出され、2014年には全米発明家の殿堂入りを果たした。[17]彼女は、米国の3つの国立アカデミーすべてに選出された初の女性であり、全米工学アカデミー（2000年）、全米医学アカデミー（旧称医学研究所）（2004年）、全米科学アカデミー（2008年）である。[17]
アーノルドは、アメリカ科学振興協会、アメリカ芸術科学アカデミー、アメリカ微生物学アカデミー、アメリカ医学生物工学協会のフェローであり、2018年には英国王立工学アカデミーの国際フェローにも選ばれた。[48] [49]
2016年、彼女は指向性進化の先駆者としてミレニアム技術賞を受賞した初の女性となった。[50] 2017年、アーノルドは米国科学アカデミーからコンバージェンス研究におけるレイモンド・アンド・ビバリー・サックラー賞を受賞した。この賞はコンバージェンス研究への並外れた貢献を表彰するものである。[51]
2018年、彼女は指向性進化に関する研究でノーベル化学賞を受賞し、この賞が創設されて117年で5人目の女性受賞者となり、アメリカ人女性としては初となった。 [52] [53]彼女は賞の半分を受け取り、残りの半分は「ペプチドと抗体のファージディスプレイ」でジョージ・スミスとグレゴリー・ウィンターに共同で授与された。[27]彼女はプリンストン大学を卒業してノーベル賞を受賞した初の女性であり、プリンストン大学で学士号を取得した人物（男女問わず）として自然科学部門（化学、物理学、生理学・医学）のいずれかでノーベル賞を受賞した初の人物でもある。[10] 2018年11月、彼女はBBCの100人の女性の一人に選ばれた。[54] 2019年10月24日、フランシスコ教皇は彼女を教皇庁科学アカデミーの会員に任命した。[55] 2022年に彼女はBBCラジオ4の「The Life Scientific」のエピソードにゲスト出演した。[56]
- パーキンメダル（2023）[57]
- 王立協会外国人会員（2020年）[58]
- デンマーク工科大学名誉博士号（2019年）[59]
- ノーベル化学賞（2018年）
- アメリカ哲学協会に選出（2018年）[60]
- 王立工学アカデミーの国際フェローに選出（2018年）[61]
- レイモンド・アンド・ビバリー・サックラー コンバージェンス研究賞(2017)
- シュピーゲルマン講演会、イリノイ大学（2017）[62]
- 女性技術者協会2017年功労賞[63]
- ダートマス大学より名誉理学博士号（2017年）[64]
- シカゴ大学名誉博士号（2016年）[65]
- ミレニアム技術賞（2016年）[66]
- チューリッヒ工科大学より名誉理学博士号（2015年）[67]
- エルマー・ガデン賞、バイオテクノロジーおよびバイオエンジニアリング（2015）[65]
- 全米発明家の殿堂入り（2014年）[68]
- ゴールデンプレート賞、アメリカン・アカデミー・オブ・アチーブメント（2014年）[65] [69]
- エマニュエル・メルク講演会（2013）[70]
- 再生可能エネルギーおよび非従来型エネルギーに関するENI賞（2013年）[71]
- ストックホルム大学より名誉理学博士号（2013年）[72]
- チャールズ・スターク・ドレイパー賞（2011年）[73]
- 国家技術革新賞[74] (2011)
- アメリカ芸術科学アカデミー（2011）[65]
- ストックホルム大学より名誉理学博士号（2013年）[75]
- アメリカ科学振興協会フェローに選出（2010年）[65]
- アメリカ微生物学会会員に選出（2009年）[65]
- 米国科学アカデミー会員に選出（2008年）[65]
- FASEB優秀科学賞（2007年）[65]
- エンジニアリングカンファレンスインターナショナルとジェネンコアより酵素工学賞（2007年）[76]
- フランシス・P・ガーバン・ジョン・M・オリン賞、アメリカ化学会（2005年）[65]
- アメリカ医学生物工学協会フェローに選出（2001年）[65]
- 米国工学アカデミー（2000）[65]
人気メディアへの出演
彼女はテレビシリーズ「ビッグバン・セオリー」シーズン12の第18話「The Laureate Accumulation」に出演した。[77] 2021年9月、PME UChicagoの10周年記念式典で、彼女はこの出演が人生最大の栄誉だと冗談めかして語った。彼女はまた、NOVAのエピソード「Beyond the Elements: Life」で短いインタビューに登場した。彼女は2022年9月6日にBBCのThe Life Scientificでジム・アル・カリリからインタビューを受けた。[56]
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、フランシス・アーノルドに関連するメディアがあります。
Scholia にはFrances Arnoldの著者プロフィールがあります。
- 化学工学、カリフォルニア工科大学教員ページ
- アーノルド研究グループ
- アーノルドが自身の仕事について語るビデオ（国立科学技術賞財団より）
- Nobelprize.org のフランシス・アーノルド2018年12月8日のノーベル賞講演を含む進化によるイノベーション：新たな化学を生命にもたらす