프랜시스 아널드

프랜시스 해밀턴 아널드(, 1956년 7월 25일 ~ )는 미국의 화학공학자이다. 2018년에 단백질 효소 유도 진화에 업적을 남긴 공로로 그레고리 윈터, 조지 P. 스미스와 함께 노벨 화학상을 수상했다.

경력 
박사 학위를 취득한 후 아널드는 버클리에서 생물 물리학 화학으로 박사후 연구를 마쳤다. 1986년에 그녀는 캘리포이나 기술 인스튜티트에 방문 연구원으로 합류했다. 그녀는 1986년에 조교수, 1992년에 부교수, 1996년에 정교수로 승진했다. 그녀는 2000년에 딕 앤드 바버라 디킨슨 화학 공학, 생명 공학 및 생화학 교수로 임명되었으며 현재 직책은 리누스 폴링 화학 교수이다. 2017년 공학, 생명공학 및 생화학. 2013년에 그녀는 칼테크의 돈나 앤드 벤저민 M. 로센 생명공학 센터의 이사로 임명되었다.

아널드는 1995년부터 2000년까지 산타페 인스티튜트의 과학 위원회에서 근무했다. 그녀는 조인트 바이오에너지 인스티튜트의 자문위원회 위원이었다. 아널드는 패커드 펠로십스 과학 및 공학 자문 패널의 의장을 맡고 있다. 그녀는 KAUST(King Abdullah University of Science and Technology)의 대통령 자문 위원회에서 근무했다. 그녀는 엘리자베스여왕공학상(The Queen Elizabeth Prize for Engineering)의 심사위원을 역임했으며 국립과학아카데미(National Academy of Science)의 Science & Entertainment Exchange와 협력하여 할리우드 시나리오 작가들이 과학 주제를 정확하게 묘사하도록 도왔다.

2000년에 아널드는 분자생물학, 유전학 및 생명공학의 기초를 생명과학과 산업의 이익에 통합하기 위해 국립공학아카데미(National Academy of Engineering)의 회원으로 선출되었다.

그녀는 40개 이상의 미국 특허에 대한 공동 발명가이다. 그녀는 2005년에 재생 가능한 자원으로 연료와 화학 물질을 만드는 회사인 Gevo, Inc.를 공동 설립했다. 2013년에 그녀는 이전 학생인 피터 메인홀드(Peter Meinhold)와 페드로 코엘호(Pedro Coelho)와 함께 살충제에 대한 대안을 연구하기 위해 프로비비(Provivi)라는 회사를 공동 설립했다. 농작물 보호. 그녀는 2016년부터 유전체학 회사인 일루미나(Illumina Inc.)의 기업 이사회에 있었다.

2019년에 그녀는 알파벳(Alphabet Inc.)의 이사회에 임명되어 아널드는 구글 모회사의 세 번째 여성 이사가 되었다.

2021년 1월 그녀는 조 바이든 대통령의 과학 기술 자문 위원회(PCAST)의 외부 공동 의장으로 지명되었다. 그녀는 바이든의 전환 팀과 협력하여 행정부에서 역할을 수행할 과학자를 식별하는 데 도움을 주고 있다. 그녀는 이제 그녀의 주요 업무가 PCAST의 추가 구성원을 선택하는 것을 돕고 그룹을 위한 과학적 의제를 설정하는 작업에 착수하는 것이라고 말한다. 그녀는 다음과 같이 말했다. "우리는 과학에 대한 미국 국민의 신뢰를 다시 확립해야 한다. PCAST가 유익한 역할을 할 수 있다고 생각한다."

연구 
아널드는 향상된/또는 새로운 기능을 가진 효소(화학 반응을 촉매하거나 가속화하는 생화학 분자 - 종종 단백질 -)를 생성하기 위해 유도 진화의 사용을 개척한 것으로 알려져 있다. 유도 진화 전략은 기능이 개선된 단백질에 대한 반복적인 돌연변이 유발 및 스크리닝을 포함하며 효소, 대사 경로, 유전 조절 회로 및 유기체를 포함한 유용한 생물학적 시스템을 만드는 데 사용되었다. 자연에서 자연 선택에 의한 진화는 생물학적 작업을 수행하는 데 적합한 단백질(효소 포함)로 이어질 수 있지만 자연 선택은 기존 서열 변이(돌연변이)에만 작용할 수 있으며 일반적으로 장기간에 걸쳐 발생한다. 아널드는 기본 단백질 서열에 돌연변이를 도입하여 프로세스 속도를 높인다. 그런 다음 이러한 돌연변이의 효과를 테스트한다. 돌연변이가 단백질의 기능을 향상시키는 경우 그녀는 프로세스를 계속 반복하여 최적화할 수 있다. 이 전략은 다양한 응용을 위해 단백질을 설계하는 데 사용될 수 있기 때문에 광범위한 의미를 갖는다. 예를 들어, 그녀는 환경에 덜 해를 끼치면서 재생 가능한 연료와 제약 화합물을 생산하는 데 사용할 수 있는 효소를 설계하기 위해 유도 진화를 사용했다.

유도 진화의 한 가지 장점은 돌연변이가 완전히 무작위일 필요가 없다는 것이다. 대신, 그들은 미개척 잠재력을 발견할 만큼 충분히 무작위적일 수 있지만 비효율적일 정도로 무작위적이지는 않는다. 가능한 돌연변이 조합의 수는 천문학적이지만 가능한 한 많은 것을 무작위로 테스트하는 대신 그녀는 생화학 지식을 통합하여 옵션을 좁히고 가능성이 가장 높은 단백질 영역에 돌연변이를 도입하는 데 중점을 둔다. 활동에 긍정적인 영향을 미치고 돌연변이가 기껏해야 중립적이고 최악의 경우 유해할 가능성이 있는 영역(예: 적절한 단백질 접힘 방해)을 피한다.

아널드는 효소의 최적화에 유도 진화를 적용했다(이 일을 수행한 최초의 사람은 아니다. 예를 들어 배리 홀 참조). 1993년에 발표된 중요한 작업에서 그녀는 이 방법을 사용하여 매우 부자연스러운 환경인 유기 용매 DMF에서 활성인 서브틸리신 E 버전을 조작했다. 그녀는 오류 가능성이 있는(error-prone) PCR을 통해 박테리아에 의해 발현되는 효소 유전자의 돌연변이 유발을 4번 연속적으로 사용하여 작업을 수행했다. 각 라운드 이후 그녀는 효소의 가수분해 능력을 검사했다.

학력 
 1970년~1974년: 테일러 올더다이스 고등학교 (졸업)
 1974넌~1979년: 프린스턴 대학교 화학과 (학사)
 1981년~1985년: 캘리포니아 대학교 버클리 화학과(박사)

수상 경력 
 2011년 : 찰스 스타크 드레이퍼상
 2013년 : 미국 국가기술상
 2016년 : 밀레니엄 기술상
 2018년 : 노벨 화학상

각주

외부 링크 
 
  Chemical Eng, Caltech Faculty Page
  Arnold Research Group
  Video of Arnold talking about her work, from the National Science & Technology Medals Foundation

1956년 출생
살아있는 사람
미국의 화학자
미국의 여자 과학자
미국의 노벨상 수상자
노벨 화학상 수상자
여자 노벨상 수상자
미국 과학 아카데미의 회원
미국 예술과학 아카데미 석학회원
프린스턴 대학교 동문
캘리포니아 대학교 버클리 동문
캘리포니아 공과대학교 교수
피츠버그 출신
국립 기술혁신 메달 수상자
미국의 화학공학자