谁是弗朗西斯 · 阿诺德（Frances H. Arnold）？诺贝尔化学奖史上第 5 位女性得主，凭借在 「 酶定向进化 」 研究中的杰出贡献，于 2018 年摘得诺奖；在 20 世纪 90 年代开创的 「 定向进化 」 方法，为生物领域带来了革命性变化；成功登顶科研高峰的另一面，是她两度丧偶、丧子、患癌的坎坷与人生挑战。今天学霸君就带大家进入诺奖得主弗朗西斯 · 阿诺德的硬核人生。
幼时的阿诺德（中）与兄弟们玩“战争游戏”
图源：诺奖官网
阿诺德的童年在密歇根湖畔的探险与家族避暑别墅的欢乐时光中度过，那里是她对自然界好奇心的起点。不同于许多同龄人和排满了补习班的现代小学生，她的玩具常常是石头下发现的蝾螈，或是从湖中捕捞的小龙虾，培养了阿诺德对世界的好奇和对未知的探索欲。但和所有的小朋友一样，13 岁的阿诺德渐渐对传统课程感到乏味，甚至成绩平平。随即，家庭矛盾很快便出现了。阿诺德十几岁时开始尝试 「 离家出走 」，她搬离父母家，通过打零工自给自足，在城市中租下自己的公寓。为了合法搞钱，她隐瞒年龄，想方设法地拿下了酒吧服务员和出租车司机等看似不靠谱的工作。「 我告诉他们我 22 岁，从来没人查我的证件，不过那时一天工作超过 10 小时，也只能赚到 25 美元。」但是这些也没能阻挡阿诺德的继续求学之路。工作之余，她轻轻松松从泰勒 · 阿尔德里奇高中毕业，并申请了父亲的母校普林斯顿大学。由于高中成绩可能难以让她作为文科生被录取，她决定申请机械工程专业。这在当时对于女性申请人来说是个不寻常的选择。不过她独特的背景引起了招生办公室的注意，最终以机械工程专业的身份被录取。在多个专业中，反复横跳在普林斯顿，阿诺德不仅学习了专业课程，还涉猎了俄语、意大利语、文学、经济学等多个非专业领域。大学期间，她依旧没办法做一个平凡本分的大学生。「 我继续开出租车，中间还休学一年前往意大利一家制造核反应堆零件的工厂工作，不过好在最后两年，我重新燃起了对学业的热情。我的兴趣开始转向可再生能源。」阿诺德的学术生涯真正转折点出现在加州大学伯克利分校，那里，她首次接触了生物技术领域，改变了她的研究方向。
1980 年代，弗朗西斯 · 阿诺德在加州大学伯克利分校1985 年，她获得了化学工程博士学位，并继续在伯克利进行生物化学的博士后研究，1986 年，她加入帕萨迪纳的加州理工学院（Caltech）担任访问副研究员，很快晋升为助理教授，并一直留在 Caltech，十年内升至正教授。2000 年，她被任命为冠名教授。在 Caltech，阿诺德开创了 「 定向进化 」 方法来创造自然界中不存在的新蛋白质。起初，她遵循常规做法，尝试诱导 DNA 分子特定突变以达到预定效果。她逐渐意识到这种方法可能耗时多年却收效甚微。于是，她转而诱导随机突变，筛选出具有所需属性的酶，进一步繁殖最佳候选者，再次诱导随机突变并筛选，让自然进化的进程引导她达成目标。通过操纵进化过程，阿诺德在实验室中创造出新蛋白质，正如动物育种者培育出新的家畜品种。1993 年，她的研究成果发表，引起科学界的轰动，使她成为该领域的领军人物。
阿诺德与美国前总统奥巴马合影阿诺德的成就可谓影响深远。她所开发的变异蛋白还减少了制造业对有毒化学品的依赖，其开创的技术促成了默克公司新糖尿病药物 Januvia 的开发。她还研发了能与神经递质结合、通过 MRI 可检测的蛋白质，为揭示大脑化学提供了详尽图谱，这一技术在动物试验中显示出潜力，或可为阿尔茨海默病、帕金森病和抑郁症带来新的检测和治疗方法。成为诺奖得主直到 2018 年，阿诺德的研究结果获得全世界的认可，她因 「 定向进化酶 」 获得诺贝尔化学奖，与美国的乔治 ·P· 史密斯和英国的格雷戈里 ·P· 温特爵士共同获奖。她也因此成为史上第五个获诺贝尔化学奖的女性，与居里夫人站在了同一个荣誉的殿堂。
2018 年诺贝尔化学奖获得者弗朗西斯 ·H· 阿诺德、乔治 ·P· 史密斯和格雷戈里 ·P· 温特爵士。图源：诺奖官网今年，她在接受媒体采访时，介绍了团队新发布的成果。她的团队发现一种细胞色素 P450 酶可以对线性甲基硅氧烷的甲基进行羟基化反应。随后，他们利用定向进化技术扩大了这种酶的活性，创造出了更有效的变体，而且还能对环状甲基硅氧烷起作用。机理实验表明，第二次氧化和酶促进的重排可以导致碳硅键的裂解和甲醛的释放。
弗朗西斯 · 阿诺德团队近日成果 图源：Science 网站她说：「 在过去 10 年中，我一直想证明，大自然可以学会做化学家能做的任何事情，甚至做得更好，包括用化学方法制造和断开生物界所没有的化学键。在这项成果中，我们创造了第一种能断开碳硅键的酶，这在自然界是从未有过的，非常令人兴奋。」「 严师 」 柔软的一面你也许会好奇她的团队成员如何评价她。赵惠民教授是阿诺德在加州理工学院实验室的见证人，他是阿诺德的第一位做定向进化研究的博士学生。赵教授是 1992 年加入加州理工学院阿诺德教授的实验室的，直到 1998 年离开，其间与阿诺德教授一起发表了数篇在行业内极具影响力的论文。回忆起学生时代在阿诺德实验室工作时的情形，赵教授对阿诺德的评价是：「 她还是比较严厉的女人，非常直接，如果做得不好肯定会当面挨骂，但是她也是那种比较粗放型的管理，会跟学生指明一些大方向，给学生很大的自由度，只要她认可你的想法，就会很支持你。」在接受媒体采访时，赵教授回忆道，博士毕业那年，他曾咨询过阿诺德教授对其职业发展规划的建议。当时阿诺德还劝他申请教授职位，但是他权衡一下，觉得当上教授的可能性不大，于是就去了企业，但是，在企业工作两年后，他又重新回到学校当上了教授。严师也有柔软的一面，赵教授和阿诺德出差的途中有个小插曲，这让他记忆深刻。他回忆道：「 阿诺德那时候怀了第二个孩子，她就请我来开车，我当时还是个穷学生，只有一辆破车，而且大热天的空调也坏了，她说没关系。」一路上，阿诺德和她的这位学生谈论了很多私人的事情，后来到了会场，她还介绍很多业界有名的专家给学生赵教授认识。出差回来之后，阿诺德甚至还给他一些钱作为路费的补贴，这件事让当时还是穷学生的赵教授极为感动，阿诺德原本可以不必那么做。这次出差回来之后没多久，阿诺德就生孩子了，但就在生产的前几天，她还在学校开会。生完后没过几天，她又回来上班了。阿诺德教授患乳腺癌那年，她邀请赵教授回到加州理工学院做了一场报告。尽管身患重病，但阿诺德还是出现在报告的现场。
她的人生绝非一帆风顺阿诺德的学术生涯，看似已经走向了顶峰。不过，她的生活绝不是一帆风顺。1990 年阿诺德的第一个儿子 James 出生，但不久之后，阿诺德便与第一任丈夫的婚姻破裂。在 1992 年的学术年会上，阿诺德结识 Caltech 同事、天体物理学家 Andrew Lange，再次建立家庭，育有两子 William 和 Joseph。尽管在事业上取得了巨大的成功，家庭也看似稳定，但阿诺德接下来的人生却充满了坎坷磨难。阿诺德曾在加州理工学院的一场演讲中说道：「 我的生命中发生了太多事情。」除了 2005 年罹患乳腺癌之外，2001 年，阿诺德的第一任丈夫、美国工程院院士、生物化学工程师 James Bailey 患癌症去世，而她的前任伴侣、美国科学院院士、著名的宇宙学家 Andrew Lange 于 2010 年自杀身亡。2016 年，她和 Lange 的儿子也在意外中身亡，那年他即将完成大三学业。对于这一切，阿诺德也都已经能够坦然面对。作为母亲的阿诺德，喜欢带着儿子们见证每一个拥抱自然、拥抱荣获奖项的特殊时刻。
2018 年 10 月 3 日阿诺德与她的儿子们在加州帕萨迪纳的加州理工学院合影遭遇重重悲剧，阿诺德仍保持着高强度的研究、旅行、演讲和指导年轻同事的日程。她领导着 Rosen 生物工程中心，居住在山区社区，与剩下的两个儿子一起居住，体验生活。阿诺德积极参与心理咨询，与家人和朋友紧密相连，共同悼念逝去的孩子，同时，她也以儿子的名义设立了奖学金，鼓励更多年轻人追求科学梦想，让爱与希望在儿子的名字中延续。无论生活如何艰难，强大的人总能找到光明的出口。我们向弗朗西斯 · 阿诺德致敬，她不仅是科学界的杰出女性，更是无数人心目中，那道永远不灭的光芒。参考来源：Frances H. Arnold, Ph.D. | Academy of AchievementFrances Arnold: from graduate student to Nobel Laureate | College of Chemistry (berkeley.edu)
