▎药明康德内容团队编辑
在诺贝尔奖的历史上，总共有57位获奖女性，其中有22位女科学家获得科学领域的诺贝尔奖。她们中每一位的成就和经历都可圈可点，其中有获得两次诺贝尔奖的居里夫人，去年刚刚获得诺贝尔化学奖的CRISPR先驱Emmanuelle Charpentier和Jennifer A。 Doudna博士，以及因为对青蒿素的研究而获奖的屠呦呦等等。在今年国际妇女节来临之际，我们来回顾一下2018诺贝尔化学奖得主弗朗西斯·阿诺德（Frances H。 Arnold）博士的传奇经历。从十几岁时离家打工，到骑摩托周游意大利和土耳其，从开创“定向进化”的蛋白工程学领域到战胜乳腺癌，弗朗西斯牢牢把握着书写人生的画笔，写下一页页绚丽多彩的篇章。
“在60年代，没人知道该怎么对付一个聪明的小女孩”
1956年7月25日，弗朗西斯·阿诺德在匹兹堡出生，她是家里5个孩子中唯一的女儿，从小时候起，她就学会如何在一群男孩中生活。在上世纪60年代，“没人知道怎么对付一个聪明的小女孩”，弗朗西斯回顾道。那时候，教给她的课程包括音乐课（钢琴和小提琴），针织和艺术作业，以及滑冰。而小弗朗西斯则更喜欢把尽量多的时间留给户外活动，在石头底下挖蜥蜴，率领自己的弟弟们在大型下水管道中冒险，或者收集汽水瓶到便利店里去换钱买冰糕。
弗朗西斯的父亲是一名杰出的核物理学家，在43岁就获得了美国工程院院士的称号。在小弗朗西斯眼里，父亲是世界上最聪明的人，因为他有所有的答案，能解释所有东西是怎么工作的，又能修好几乎任何东西。父亲在家的时候最大的爱好就是建造房屋和飞机模型，以及收集钱币和邮票。小弗朗西斯为了和父亲在一起玩，也和他一起收集邮票。从集邮中，她学到了地理，知晓了国家、政府、以及语言随着时间的变迁。
等到弗朗西斯13岁的时候，她已经厌倦了在教室里上课，开始逃课搭车去华盛顿DC参加抗战游行。青春期叛逆的她十几岁就搬到家外面去住，打不同的工来支付生活消费。弗朗西斯做过的工作包括披萨店打杂（15岁），前台接待员（16岁），爵士乐酒吧服务员（17岁），和出租汽车司机（18岁）等等。
1974年，弗朗西斯考入普林斯顿大学，攻读机械和航空航天工程。虽然她是班里唯一的女生，但是对于弗朗西斯来说，这已经不是什么新鲜事。她沉浸于尽力吸收尽可能多的知识和理念之中，从意大利语、经济学、社会主义理论，到非常多的数学和物理。
不过弗朗西斯的大学历程也不走寻常路，在大二的时候，她决定休学一年到马德里和米兰去工作和旅行，在那里，她没有说过一句英语，发现了全新的文化和朋友。她和她的意大利男友一同骑着摩托车，从意大利的米兰，走走停停，玩到土耳其的伊斯坦布尔。旅行为我打开了一个不同文化构成的多彩缤纷的世界，弗朗西斯回顾道，更不用说那么多好吃的了。
获得机械和航空航天工程学士学位之后，弗朗西斯决定在加州大学伯克利分校攻读化学工程学博士学位。受到当时能源危机的影响，弗朗西斯最初的目标是研究纤维素生物燃料，探索石油、煤炭以外的可替代能源。而那时，生物技术产业的革命正在加州和波士顿兴起。基因泰克（Genentech）和安进（Amgen）这样的公司正在寻找工程师们扩展使用重组DNA技术生产蛋白疗法的成产过程。这成为弗朗西斯转行的重要契机。
“我们从来没想到过大自然还可以这样玩化学！”
使用重组蛋白作为治疗疾病的疗法意味着需要大量生成和纯化蛋白，然而研究人员很快发现，蛋白是一种很“娇气”的大分子，在非生理环境下，它们很可能出现折叠错误，导致失去原有的活性。弗朗西斯最初的研究方向是通过在蛋白中引入特定的突变，改良蛋白的成药特性。然而在上世纪80年代，这种“理性设计”的思路遇到很多困难。研究人员不但需要知道一个蛋白的晶体结构，而且要理解蛋白结构和功能之间的关系。这样才能发现值得引入突变的位点，以及设计要引入什么样的氨基酸。
在经历了多次失败之后，弗朗西斯决定改变引入基因突变的策略。她的团队在表达蛋白的基因上随机引入基因突变，让细菌表达这些携带突变的蛋白。然后，他们使用快速的检测手段筛选特性得到一定改善的蛋白。在这些蛋白的基础上进一步引入基因突变，进行下一轮的筛选。如同大自然的生命进化一样，这种在实验室条件下的定向进化通过一轮轮的筛选，进化出具有理想功能的蛋白。
弗朗西斯惊喜地发现，这一策略不但可以很快发现有益的基因突变，而且有益的基因突变可以不断积累，进一步改善蛋白的功能。而让人意外的是，很多有益的基因突变出现在蛋白化学家们意想不到的地方。“在实验室里，我们发现大自然玩化学的方法我们做梦都想不到。” 弗朗西斯说，“大自然才不管科学家是怎么想的呢！”
通过定向进化，弗朗西斯的团队生成了具备全新功能的蛋白酶和全新功能的微生物。例如，她的实验室进化出的有些微生物能够在作为生命基础的碳原子和构成非生命物质的硅原子之间形成化学键。或许，科幻小说里才会出现的硅基生命并不是那么不可能。
弗朗西斯在定向进化领域的成就也带给她数不清的荣誉和表彰。在她43岁的时候，弗朗西斯成为美国工程院院士，在庆祝仪式上，她的父亲兴奋地站起来大喊：“那是我女儿！”。至今，弗朗西斯和她的父亲仍是美国工程院屈指可数的“父女档”院士。弗朗西斯也是美国第一位获得美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院“三院院士”称号的女科学家。
跨过黑暗，再度出发
在事业上成绩斐然的弗朗西斯，在生活上却遇到过诸多坎坷。2001年，她的第一任丈夫，美国工程院院士James Bailey博士因为结肠癌而去世。在2004年，她发现自己患上了乳腺癌，而且癌细胞已经扩散到了乳腺附近的淋巴结中。弗朗西斯经历了两次手术，长达18个月的化疗和放疗，同时还要照顾3个儿子。在与病魔作斗争的同时，她也没有中断一天的工作，对于弗朗西斯来说，科学研究不但给给予了她目标，也带给了她欢乐。
在身体恢复健康之后，弗朗西斯做出了一个刻意的决定，无论是在职业生涯还是个人生活中，都要再次冒险。她和儿子们一起到偏远的小岛上探险，在自己通常的圈子之外结交了许多新朋友。她仍然热衷于潜水和登山。也首次接受邀请给普通大众做科学报告，为他们讲进化的故事，描绘科学能够带来的美好未来。
而在实验室里，弗朗西斯向科学上更具挑战性的难题进击。她的目标是让蛋白酶能够催化在生物世界中从未见过，全新的化学反应。“大自然只探索了生命和生命分子的众多可能性中很小一部分。利用进化，我们现在能够探索大自然没有走过的路。”弗朗西斯说。
注：本文旨在介绍医药健康研究，不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
