Frances Arnold

Frances Hamilton Arnold (gebore 25 Julie 1956) is 'n Amerikaanse chemiese ingenieur en Nobelprys-medewenner. Sy is die Linus Pauling professor in chemiese ingenieurswese, bio-ingenieurswese en biochemie aan die California Institute of Technology (Caltech). In 2018 word die Nobelprys vir Chemie aan haar toegeken vir die baanbrekerswerk in die gebruik van gerigte evolusie om ensieme te ontwikkel.

Sedert Januarie 2021 dien sy as eksterne medevoorsitter van die Raad van Adviseurs oor Wetenskap en Tegnologie van president Joe Biden.

Vroeë lewe en opvoeding 
Arnold is die dogter van Josephine Inman en die kernfisikus William Howard Arnold, en die kleindogter van luitenant-generaal William Howard Arnold. Sy het grootgeword in Pittsburgh en in 1974 aan die Hoërskool Taylor Allderdice gegradueer. As 'n hoërskoolganger het sy  alleen na Washington, DC gereis om die Viëtnamoorlog te betoog, op haar eie gewoon en as 'n kelnerin by 'n plaaslike jazzklub en 'n taxibestuurder gewerk.

Dieselfde onafhanklikheid wat Arnold as tiener uit haar kinderhuis laat trek het, het ook gelei tot 'n groot hoeveelheid afwesighede van die skool en lae grade. Ten spyte hiervan het sy byna perfekte resultate op gestandaardiseerde toetse behaal en was vasbeslote om die Princeton-universiteit, die alma mater van haar vader, by te woon. Sy het aansoek gedoen met 'n hoofvak in meganiese ingenieurswese en is aanvaar.  Arnold het in haar Nobelprysonderhoud erken dat haar motivering om ingenieurswese te studeer was dat dit "destyds die maklikste opsie was en die maklikste manier om na die Princeton-universiteit te gaan, en ek is nooit daar weg nie".

Arnold studeer in 1979 met 'n B.S. graad in meganiese ingenieurswese en lugvaartingenieurswese aan die Princeton-universiteit, waar sy gefokus het op navorsing oor sonenergie. Benewens die kursusse wat vir haar hoofvak vereis is, het sy lesse in ekonomie, Russies en Italiaans gevolg, en haar voorgestel as 'n diplomaat of uitvoerende hoof, selfs om 'n gevorderde graad in internasionale aangeleenthede te behaal. Na haar tweede jaar het sy 'n jaar vakansie van Princeton geneem om na Italië te reis en in 'n fabriek wat onderdele vir kernreaktore gemaak het te werk, en is daarna terug om haar studies te voltooi. Terug in Princeton het sy begin studeer aan die Sentrum vir Energie en Omgewingstudies - 'n groep wetenskaplikes en ingenieurs, wat destyds gelei is deur teoretiese fisikus Robert Socolow, besig om volhoubare energiebronne te ontwikkel, 'n onderwerp wat in haar latere werk 'n fokuspunt sou word.

Nadat sy in 1979 aan Princeton gegradueer het, het sy as ingenieur in Suid-Korea en Brasilië en by Colorado se Navorsingsinstituut vir Sonenergie gewerk. By die Navorsingsinstituut vir Sonenergie (nou die Nasionale Laboratorium vir Hernubare Energie) het sy aan die ontwerp van fasiliteite vir sonenergie vir afgeleë plekke gewerk en gehelp met die skryf van opiniestukke vir die Verenigde Nasies .

Daarna skryf sy in aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, waar sy 'n doktorsgraad in chemiese ingenieurswese in 1985  behaal, en sy het 'n diep belanggesteling in biochemie ontwikkel. Haar tesiswerk, uitgevoer in die laboratorium van Harvey Warren Blanch, het ondersoek ingestel na tegnieke vir affiniteitschromatografie. Arnold het geen chemiese agtergrond gehad voordat hy 'n doktorsgraad in chemiese ingenieurswese behaal het nie. Vir die eerste jaar van haar Ph.D. kursuswerk, vereis die nagraadse komitee aan UC Berkeley dat sy voorgraadse chemie-kursusse moet volg.

Loopbaan 
Nadat sy haar doktorsgraad behaal het, het sy na-doktorale navorsing in biofisiese chemie in Berkeley voltooi. In 1986 het sy as besoekende vennoot by die California Institute of Technology aangesluit. Sy word in 1986 bevorder tot assistent-professor, in 1992 medeprofessor en in 1996 tot volle professor. Sy word in 2000 aangewys as die "Dick en Barbara Dickinson Professor" in chemiese ingenieurswese, bio-ingenieurswese en biochemie, en haar huidige pos as die Linus Pauling-professor in chemiese ingenieurswese, bio-ingenieurswese en biochemie in 2017. In 2013 word sy as direkteur van Caltech se "Donna and Benjamin M. Rosen"-bioingenieursentrum aangestel.

Arnold het in die Wetenskapsraad vir die Santa Fe Instituut van 1995–2000 gedien. Sy was 'n lid van die adviesraad van die gesamentlike bioenergie-instituut en is voorsitter van die Adviespaneel van die Packard Fellowships in Science and Engineering. Sy het in die President se Adviesraad van die King Abdullah-universiteit vir Wetenskap en Tegnologie gedien. Sy dien as beoordelaar vir die Queen Elizabeth-prys vir ingenieurswese en werk saam met die Nasionale Akademie vir Wetenskap se Wetenskap en vermaak-uitruil om Hollywood-draaiboekskrywers te help om wetenskaplike onderwerpe akkuraat uit te beeld.

In 2000 is Arnold verkies tot 'n lid van die Nasionale Akademie vir Ingenieurswese vir die integrasie van grondbeginsels in molekulêre biologie, genetika en bio-ingenieurswese tot voordeel van lewenswetenskap en nywerheid.

Sy is mede-uitvinder van meer as 40 Amerikaanse patente. Sy was mede-stigter van Gevo, Inc., 'n maatskappy wat brandstof en chemikalieë uit hernubare bronne in 2005 vervaardig. In 2013 stig sy saam met twee van haar voormalige studente, Peter Meinhold en Pedro Coelho, 'n onderneming genaamd Provivi om alternatiewe vir plaagdoders vir gewasbeskerming te ondersoek. Sy is sedert 2016 in die bestuursraad van die genomika-maatskappy Illumina Inc..

In 2019 word sy benoem tot die direksie van Alphabet Inc., wat Arnold die derde vroulike direkteur van die Google-moedermaatskappy maak.

In Januarie 2021 word sy benoem as 'n eksterne medevoorsitter van die Raad van Adviseurs oor Wetenskap en Tegnologie van president Joe Biden. Sy werk saam met Biden se oorgangspan om wetenskaplikes te help identifiseer vir rolle in die administrasie. Sy sê dat haar belangrikste taak nou is om te help met die keuse van die Raad ​​se addisionele lede en om 'n wetenskaplike agenda vir die groep te stel. Sy het gesê: "Ons moet die belangrikheid van wetenskap in beleidsvorming en besluitneming regoor die regering weer vasstel. Ons moet weer die vertroue van die Amerikaanse volk in die wetenskap vestig ... Ek dink dat [die Raad] ​​'n voordelige rol daarin kan speel."

Navorsing 
Arnold word toegeskryf aan die baanbreker van die gebruik van gerigte evolusie om ensieme met verbeterde en / of nuwe funksies te skep. Die gerigte evolusiestrategie behels iteratiewe rondes van mutagenese en sifting vir proteïene met verbeterde funksies en word gebruik om nuttige biologiese stelsels te skep, insluitend ensieme, metaboliese weë, genetiese reguleringskringe en organismes. In die natuur kan evolusie deur natuurlike seleksie daartoe lei dat proteïene (ensieme ingesluit) goed geskik is om biologiese take uit te voer, maar natuurlike seleksie kan slegs op bestaande sekwensievariasies (mutasies) werk en werk gewoonlik oor lang tydperke. Arnold versnel die proses deur mutasies in die onderliggende proteïenreekse in te voer; dan toets sy die effekte van hierdie mutasies. As 'n mutasie die proteïenfunksie verbeter, kan sy die proses aanhou herhaal om dit verder te optimaliseer. Hierdie strategie het breë implikasies omdat dit gebruik kan word om proteïene vir 'n wye verskeidenheid toepassings te ontwerp. Sy het byvoorbeeld gerigte evolusie gebruik om ensieme te ontwerp wat gebruik kan word om hernubare brandstowwe en farmaseutiese verbindings te produseer met minder skade aan die omgewing.

Een voordeel van gerigte evolusie is dat die mutasies nie heeltemal lukraak hoef te wees nie; in plaas daarvan kan dit lukraak genoeg wees om onontginde potensiaal te ontdek, maar nie so lukraak dat dit ondoeltreffend is nie. Die aantal moontlike kombinasies van mutasies is astronomies, maar in plaas daarvan om net lukraak soveel as moontlik te probeer, integreer sy haar kennis van biochemie om die opsies te beperk. Sy fokus op die bekendstelling van mutasies in areas van die proteïen wat waarskynlik die meeste positiewe uitwerking op aktiwiteit het en vermy gebiede waarin mutasies waarskynlik op sy beste neutraal en in die ergste geval skadelik sou wees (soos die ontwrigting van behoorlike proteïenvou).

Arnold het gerigte evolusie toegepas op die optimalisering van ensieme en in haar kernwerk, gepubliseer in 1993, het sy die metode gebruik om 'n weergawe van subtilisien-E te ontwerp wat aktief was in die organiese oplosmiddel dimetielforamied, 'n hoogs onnatuurlike omgewing.

Benewens die ontwikkeling van individuele molekules, het sy gerigte evolusie gebruik om ensieme in biosintetiese weë saam te ontwikkel, soos dié wat betrokke is by die produksie van karotenoïede, en L-metionien in Escherichia coli. Sy het hierdie proses gebruik om E coli-bakterieë te ontwikkel om biobrandstof (isobutanol) te produseer.

Persoonlike lewe 
Arnold woon in La Cañada Flintridge, Kalifornië. Sy was met James E. Bailey getroud wat in 2001 aan kanker oorlede is. Hulle het 'n seun met die naam James Bailey gehad. Arnold is in 2005 self met borskanker gediagnoseer en het 18 maande lank behandeling ondergaan.

Arnold was in 1994 in 'n gemeenregtelike huwelik met die astrofisikus van Caltech, Andrew E. Lange, en hulle het twee seuns gehad, William en Joseph. Lange het in 2010 selfmoord gepleeg en een van hul seuns, William Lange-Arnold, is in 2016 in 'n ongeluk dood.

Haar stokperdjies sluit in reis, duik, ski, fietsry en stap.

Aantekeninge

Verwysings 

Geboortes in 1956
Lewende mense
Amerikaanse wetenskaplikes
Amerikaanse bioloë
Amerikaanse chemici
Amerikaanse ingenieurs
Nobelprys vir Chemie wenners