프랜시스 아놀드

Frances Arnold
프랜시스 아놀드
Frances Arnold in 2021 at Caltech 01 (cropped).jpg
대통령 과학기술자문회의 공동위원장
취임하다
2021년 1월 20일
Maria Zuber와 함께 근무
대통령조 바이든
선행포지션 확립
개인 정보
태어난
프랜시스 해밀턴 아놀드

(1956-07-25) 1956년 7월 25일(66세)
엣지우드, 펜실베니아, 미국
배우자
국내 파트너앤드류 E. 랭지(1994~2010)
아이들.3
교육프린스턴 대학교 (BS)
캘리포니아 대학교 버클리(MS, 박사)
어워드가르반올린 메달 (2005)
FASEB Excellence in Science 어워드 (2007)
드레이퍼상 (2011)
국가기술혁신훈장 (2013)
밀레니엄 테크놀로지상 (2016)
컨버전스 연구 부문 새클러상 (2017)
노벨 화학상 (2018)
과학 경력
필드화학 공학
생명공학
생화학
기관캘리포니아 공과대학
논문어피니티 분리 설계 및 스케일업 (1985)
박사 어드바이저하비 블랜치
박사과정 학생크리스토퍼 보이트

프랜시스 해밀턴 아놀드(Frances Hamilton Arnold, 1956년 [1]7월 25일 ~ )는 미국의 화학 엔지니어이자 노벨상 수상자이다.캘리포니아 공과대학(Caltech) 화학공학, 생물공학 및 생화학 교수입니다.2018년,[2] 그녀는 효소를 엔지니어링하는 유도 진화의 사용을 개척한 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다.

2021년 1월부터 조 바이든 대통령의 과학기술자문위원회(PCAST)[3]의 외부 공동 의장을 맡고 있습니다.

초기 생활과 교육

아놀드는 조세핀 인만(성 루토)과 핵물리학자인 윌리엄 하워드 아놀드의 딸이며 윌리엄 하워드 [4]아놀드 중장의 손녀이다.그녀는 피츠버그 근교 에지우드, 피츠버그 근교 섀디사이드와 스쿼어 힐에서 자랐고 1974년 [5]테일러 올더디스 고등학교를 졸업했습니다.고등학생 때, 그녀는 베트남 전쟁에 항의하기 위해 워싱턴 D.C.로 히치하이크를 타고 갔고 지역 재즈 클럽에서 칵테일 웨이트리스와 택시 운전사로 [6]일하며 혼자 살았다.

아놀드가 10대 때 어린 시절 살던 집을 떠나게 된 것과 같은 독립성은 또한 많은 양의 학교를 결석하고 낮은 성적으로 이어졌다.그럼에도 불구하고, 그녀는 표준화된 시험에서 거의 만점을 받았고 그녀의 아버지의 모교인 프린스턴 대학에 가기로 결심했다.그녀는 기계공학과에 지원했고 [7]합격했다.아놀드가 공학을 공부하게 된 동기는 그녀의 노벨상 인터뷰에서 언급되었듯이, "기계공학은 그 당시 프린스턴 대학에 입학하기 위한 가장 쉬운 선택이었고 가장 쉬운 방법이었고 나는 결코 떠나지 않았다."[8]

아놀드는 1979년에 프린스턴 대학에서 기계 및 항공우주공학 학사 학위를 받고 졸업했는데, 그곳에서 그녀는 태양 에너지 [9]연구에 주력했다.전공에 필요한 과정 외에도 경제, 러시아어, 이탈리아어 수업을 들었고, 국제문제에서 [10]고급 학위를 따는 것을 고려하더라도 외교관이나 CEO가 되는 것을 꿈꿨다.그녀는 2년차 이후 1년간 프린스턴에서 휴가를 얻어 이탈리아로 건너가 원자로 부품을 만드는 공장에서 일한 뒤 학업을 [11]마치기 위해 돌아왔다.프린스턴에서 그녀는 에너지 및 환경 연구 센터(당시 로버트 소콜로가 이끄는 과학자 및 엔지니어 그룹)에서 연구를 시작했습니다.이 주제는 나중에 그녀의 [11]연구의 초점이 될 지속 가능한 에너지원을 개발하기 위한 것입니다.

1979년 프린스턴을 졸업한 후, 아놀드는 한국과 브라질 그리고 콜로라도의 태양 에너지 [11]연구소에서 엔지니어로 일했다.태양 에너지 연구소(현 국립 재생 에너지 연구소)에서, 그녀는 멀리 떨어진 장소를 위한 태양 에너지 시설을 설계하는 일을 했고 유엔 포지션 페이퍼 [10]작성을 도왔다.

그리고 나서 그녀는 캘리포니아 버클리 대학에 등록했고 1985년에 화학 공학[12] 박사 학위를 취득했고 생화학에 [13][11]깊은 관심을 갖게 되었다.Harvey Warren Blanch의 연구실에서 수행된 그녀의 논문 연구는 친화성 크로마토그래피 [12][14]기법을 조사했습니다.아놀드는 화학 공학 박사 학위를 받기 전에 화학 경력이 없었다.UC버클리 대학원 위원회는 그녀가 박사과정을 밟은 첫 해에 학부 화학 과정을 [7]이수하도록 요구했다.

직업

박사학위를 취득한 후,[15] 아놀드는 버클리 대학에서 생물물리화학 박사후 연구를 마쳤다.1986년, 그녀는 캘리포니아 공과대학에 방문 협력자로 입사했다.1986년 조교수, 1992년 부교수, 1996년 정교수로 승진했다.2000년에는 딕 앤 바바라 디킨슨 화학공학, 생명공학 및 생화학 교수로, 2017년에는 [16]라이너스 폴링 화학공학, 생명공학 및 생화학 교수로 임명되었습니다.2013년에는 Caltech의 Donna and Benjamin M의 디렉터로 임명되었습니다.로젠 바이오엔지니어링 [16]센터입니다.

아놀드는 1995년부터 [17]2000년까지 산타페 연구소의 과학 위원회에서 일했다.그녀는 공동 바이오 에너지 연구소의 자문 위원회 멤버였습니다.아놀드는 이공계 Packard Fellowships의 자문 패널 의장을 맡고 있습니다.그녀는 압둘라 킹 이공대 총장 자문 위원회에서 일했다.그녀는 퀸 엘리자베스 엔지니어링상 심사위원을 지냈고 할리우드 시나리오 작가들이 과학 [18]주제를 정확하게 묘사하는 것을 돕기 위해 국립과학아카데미의 과학 및 엔터테인먼트 교환과 함께 일했습니다.

2000년, 아놀드는 생명 과학과 산업의 이익을 위해 분자 생물학, 유전학, 생명 공학 분야의 기초들을 통합한 공로로 국립 공학 아카데미의 회원으로 선출되었습니다.

그녀는 40개가 넘는 미국 [13]특허를 공동 발명하고 있다.그녀는 2005년에 [13]재생 가능한 자원으로 연료와 화학 물질을 만드는 회사인 Gevo, Inc.를 공동 설립했습니다.2013년, 그녀와 그녀의 이전 제자 중 두 명인 Peter Meinhold와 Pedro Coelho는 농작물 [13][19][20]보호를 위한 살충제에 대한 대안을 연구하기 위해 Provi라는 회사를 공동 설립했다.2016년부터 [21][22]유전체학 회사 일루미나 주식회사의 기업 이사회에 참여하고 있다.

2019년, 그녀는 알파벳 주식회사의 이사회에 임명되어 아놀드는 구글 모회사의 [23]세 번째 여성 이사가 되었다.

2021년 1월, 그녀는 조 바이든 대통령의 과학기술 자문 위원회(PCAST)의 외부 공동 의장으로 임명되었습니다.그녀는 바이든의 인수팀과 함께 행정부에서 역할을 할 과학자들을 찾는 것을 돕고 있다.그녀는 현재 자신의 주된 임무는 PCAST의 추가 멤버를 선정하는 것과 그룹의 과학적 의제를 정하는 일을 돕는 것이라고 말한다.그녀는 다음과 같이 말했다. "우리는 정책 결정, 정부 전체의 의사결정에서 과학의 중요성을 재정립해야 한다.우리는 과학에 대한 미국인들의 신뢰를 회복할 필요가 있다.그런 면에서 PCAST가 유익한 역할을 [24]할 수 있다고 생각합니다.

조사.

아놀드는 향상된 그리고/또는 새로운 기능으로 효소([25]종종 화학 반응을 촉매하거나 가속시키는 생물 화학 분자)를 만들기 위해 방향 진화의 사용을 개척한 것으로 인정받고 있습니다.유도 진화 전략은 향상된 기능을 가진 단백질에 대한 반복적인 돌연변이 유발과 스크리닝을 포함하며 효소, 대사 경로, 유전자 조절 회로 및 유기체를 포함한 유용한 생물학적 시스템을 만드는데 사용되어 왔다.자연 도태에 의한 진화는 생물학적 작업을 수행하기에 적합한 단백질(효소를 포함)로 이어질 수 있지만, 자연 도태는 기존의 배열 변형(변성)에만 작용하고 일반적으로 장기간에 [26]걸쳐 발생합니다.아놀드는 단백질의 기본 배열에 돌연변이를 도입함으로써 그 과정을 가속화한다; 그리고 그녀는 이러한 돌연변이의 영향을 테스트한다.만약 돌연변이가 단백질의 기능을 향상시킨다면 그녀는 그것을 더욱 최적화하기 위해 그 과정을 계속 반복할 수 있다.이 전략은 광범위한 [27]응용 분야를 위한 단백질을 설계하는 데 사용될 수 있기 때문에 광범위한 의미를 가집니다.예를 들어,[25] 그녀는 환경에 대한 피해를 줄이면서 재생 가능한 연료와 제약 화합물을 생산하는 데 사용될 수 있는 효소를 설계하기 위해 유도된 진화를 사용해 왔습니다.

유도 진화의 한 가지 장점은 돌연변이가 완전히 무작위일 필요는 없다는 것이다; 대신, 그들은 탐사되지 않은 잠재력을 발견하기에 충분히 무작위일 수 있지만 비효율적일 정도로 무작위적이지는 않다.가능한 돌연변이 조합의 수는 천문학적이나, 가능한 한 많은 것을 무작위로 시험하는 대신에, 그녀는 생화학에 대한 그녀의 지식을 통합하여 선택지를 좁히고, 단백질의 가장 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 있는 영역에 돌연변이를 도입하고 mu가 있는 영역을 피하는 데 초점을 맞춥니다.기껏해야 중성이고 최악의 경우 유해할 수 있다(적절한 단백질 [25]접힘을 방해하는 등).

아놀드는 효소의 최적화에 방향 진화를 적용했다. (그렇게 한 첫 번째 사람은 아니지만, 예를 들어,배리[28] 홀).1993년에[25] 출판된 그녀의 중요한 연구에서, 그녀는 매우 부자연스러운 [29]환경인 유기 용매 DMF에서 활성화된 서브틸리신 E 버전을 개발하기 위해 이 방법을 사용했습니다.박테리아의 유전자가 에러 발생 가능성이 높은 PCR을 통해 연속적으로 4회 돌연변이 유발을 하는 방식으로 연구를 진행했다.매 라운드 후에 그녀는 카제인과 DMF를 포함한 한천 플레이트에서 박테리아를 성장시킴으로써 DMF의 존재 하에서 우유 단백질 카제인을 가수 분해하는 효소를 선별했다.그 박테리아는 효소를 분비했고, 만약 그것이 기능한다면, 카제인을 가수분해하여 눈에 보이는 후광을 만들어 낼 것이다.그녀는 가장 큰 할로겐을 가진 박테리아를 골라 그들의 DNA를 분리해 더 많은 돌연변이를 [25]유발했다.이 방법을 사용하여,[30] 그녀는 원래보다 DMF에서 256배 더 많은 활성을 가진 효소를 설계했다.

그녀는 효소를 다른 기능에 최적화하기 위해 그녀의 방법들을 더욱 발전시켰고 그것들을 다른 선택 기준 하에 적용했다.그녀는 자연적으로 진화된 효소가 좁은 온도 범위에서 잘 기능하는 경향이 있는 반면, 효소는 고온과 [25]저온 모두에서 기능할 수 있는 유도 진화를 사용하여 만들어질 수 있다는 것을 보여주었다.아놀드는 천연효소의 기존 기능을 개선하는 것 외에 시토크롬 P450을 진화시켜 사이클로프로판화[31],[25][32] 카르벤 및 니트렌 전달 반응을 일으켰을 때 등 기존에 존재하지 않았던 기능을 수행하는 효소를 설계했다.

진화하는 개별 분자 외에도, 그녀는 대장균에서 [25]카로티노이드와[33] L-메티오닌의[34] 생성에 관여하는 것과 같은 생합성 경로에서 효소를 공진시키기 위해 유도 진화를 사용해 왔다.그녀는 이러한 방법을 바이오 연료 생산에 적용했다.예를 들어, 그녀는 바이오 연료 이소부탄올을 생산하기 위해 박테리아를 진화시켰습니다; 그것은 대장균 박테리아에서 생산될 수 있지만, 생산 경로는 보조인자 NADPH를 필요로 하는 반면, 대장균은 보조인자 NADH를 만듭니다.이 문제를 피하기 위해 그녀는 NADPH 대신 NADH를 사용하도록 경로에 있는 효소를 진화시켜 이소부탄올의 [25][35]생산을 가능하게 했다.

Arnold는 또한 몇몇 산업용 화학 합성 [25]공정의 환경 친화적인 대안으로 사용될 수 있는 매우 구체적이고 효율적인 효소를 설계하기 위해 유도된 진화를 사용했습니다.그녀와 그녀의 방법을 사용하는 다른 사람들은 더 적은 부산물로 더 빨리 합성 반응을 수행할 수 있고 어떤 경우에는 위험한 중금속의 필요성을 [30]없애주는 조작된 효소를 가지고 있다.

그녀는 구조 유도 단백질 재조합을 사용하여 다른 단백질의 일부를 결합하여 독특한 기능을 가진 단백질 키메라를 형성합니다.그녀는 스키마와 같은 컴퓨터 방법을 개발하여 부모 구조를 방해하지 않고 부품을 결합할 수 있는 방법을 예측하고 키메라(chimera)가 적절하게 접히도록 유도 진화를 적용하여 키메라(chimera)의 기능을 최적화하도록 했다.[36][37]

Caltech에서 Arnold는 환경 친화적인 화학 합성 및 녹색/대체 에너지에 대한 지향적 진화와 응용 연구를 계속하고 있으며, 여기에는 재생 가능한 바이오매스를 연료 및 화학 물질로 변환하기 위한 고활성 효소(셀룰로오스 및 생합성 효소) 및 미생물의 개발도 포함됩니다.인하 조, 지준 지아 등과 함께 2019년 사이언스에 실린 논문이 2020년 1월 2일 결과가 [38]재현되지 않아 철회됐다.

구글 [39]스콜라에 따르면 2021년 현재 아놀드는 135의 h지수를 가지고 있다.

사생활

아놀드는 캘리포니아의 라 카냐다 플린트리지에 산다.그녀는 2001년 [40][21]암으로 사망한 제임스 E. 베일리와 결혼했다.그 [41]사람들 사이에 제임스 베일리라는 아들이 있었어요아놀드는 2005년 유방암 진단을 받고 18개월 [42]동안 치료를 받았다.

아놀드는 1994년부터 칼텍 천체물리학자인 앤드류 E.[43] 랭과 평범한 결혼생활을 했으며, 윌리엄과 [44][41]조셉이라는 두 아들을 두었다.랭은 2010년에 자살했고 그들의 아들 중 한 명인 윌리엄 랭아놀드는 [21]2016년에 사고로 사망했다.

그녀의 취미는 여행, 스쿠버 다이빙, 스키, 비포장 자전거 타기, 그리고 [42]하이킹을 포함합니다.

영예와 상

아놀드의 업적은 2018년 노벨 화학상, 2011년 국립 공학 아카데미 드레이퍼상(여성 최초로 수상), 2011년 국립 기술 [16]혁신 메달 등 많은 상을 받았다.그녀는 2011년에 미국 예술 과학 아카데미에 선출되었고 2014년에 [16]국립 발명가 명예의 전당에 헌액되었습니다.그녀는 미국에서 세 개의 국립 아카데미 모두에 선출된 최초의 여성이었다 – 미국 공학 아카데미 (2000년), 의학 연구소 (2004년), 그리고 국립 과학 아카데미 ([16]2008년).

Arnold는 미국과학진보협회, 미국예술과학아카데미, 미국미생물학아카데미, 미국의료생물공학연구소 및 2018년 [45][46]영국 왕립공학아카데미 국제 펠로우입니다.

2016년에는 여성 최초로 밀레니엄 테크놀로지상을 수상했습니다.이 상은 다이렉트 [47]진화를 선도한 공로로 수상했습니다.2017년, 아놀드는 융합 [48]연구에 대한 비범한 공헌을 인정받아 미국 국립과학아카데미로부터 융합 연구 부문 레이먼드와 베벌리 새클러상을 수상했습니다.

2018년에 그녀는 직접적인 진화에 대한 연구로 노벨 화학상을 수상하여 117년 동안 이 상을 받은 다섯 번째 여성이자 최초의 미국 [49][50]여성이 되었다.그녀는 절반의 상을 받았고, 나머지 절반은 "펩타이드와 [25]항체의 파지 전시"로 조지 스미스와 그레고리 윈터가 공동 수상했다.그는 프린스턴대 여성 졸업생으로는 처음으로 노벨상을 수상했으며 프린스턴대(남녀)에서 자연과학 분야(화학,[9] 물리학, 생리학 또는 의학)에서 학사 학위를 받은 최초의 인물이다.2018년 11월, 그녀는 BBC의 100대 여성 [51]중 한 명으로 이름을 올렸다.2019년 10월 24일 프란치스코 교황은 그녀를 교황 과학 [52]아카데미 회원으로 임명했다.

대중 매체에 출연하다

그녀는 TV 시리즈 빅뱅 [72]이론의 12번째 시즌의 18번째 에피소드 "계승자 축적"에서 자신을 묘사했다.2021년 9월 PME UChicago 10주년 기념식에서 그녀는 농담으로 이 출연이 그녀의 생애 최고의 영예라고 주장했습니다.그녀는 또한 NOVA 에피소드 Beyond the Elements: Life에 짧은 인터뷰에 출연했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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