诺奖如此美丽——中国科学艺术家这样可视化呈现定向演化 | 科学加

美国科学家阿诺德因酶的定向演化技术摘得化学诺奖，其实中国的科学艺术家早在2013年就已开始与她合作，为她的多篇重要论文进行创作。

文/记者 吉菁菁 新媒体编辑/聂淑芳

美国加州理工学院弗朗西斯·阿诺德（Frances H. Arnold）教授因在酶的定向演化技术领域做出的杰出贡献获得2018年诺贝尔化学奖，在三位获奖者中独得一半奖金。

这项技术简单地说，就是科学家在生物体外随机地对蛋白质进行突变，并完成后续筛选。和软件的编程语言一样，蛋白质的DNA也能够被重新改写，通过修改DNA，科学家可以生产并选出他们想要的具备新属性的蛋白质。

酶工程是生物工程的重要组成部分，也同时涉及很多复杂的科学实验和科学原理。2013年，弗朗西斯·阿诺德团队开始和美丽科学创始人兼美丽化学主创，中国科学技术大学科技传播与科技政策系特任副研究员梁琰带领的团队合作，通过通俗易懂的科学可视化创作，把自己的科研工作更好地介绍给大众。

谈起合作的缘起，梁琰回忆道：“从2012年年初到2014年年初，作为自由职业者，我为世界各地的科研人员提供科学可视化服务。其中一些研究人员是因为口碑主动找到我；而另外一些则是我毛遂自荐的。我基本看了每一个加州理工学院理工科教授的研究方向，选择其中一些发邮件。我对阿诺德教授的研究很感兴趣。2013年1月，我给她发了一封自荐的邮件，很感激收到了她的回复并从那时开始了合作关系。”

截止目前，梁琰团队已经和阿诺德教授团队有了7次合作，阿诺德教授近几年的研究的重要科学成果也基本都有可视化体现，那么这些可视化的创作究竟是怎样诞生的呢？

梁琰对北京科技报 | 科学加记者表示，这并不如想象中的容易：“首先要了解阿诺德教授的科研工作，有时候需要阅读他们的论文。然后和她的团队讨论一些可行的创意。如果图像内容是分子层面的可视化，我可以独立完成。涉及到绘画或者照片级别的电脑图像，我会和我的合作者陈磊（手绘）和宗梁（CG）一起完成。我们首先发给阿诺德团队设计草稿，然后在此基础上进一步优化，直到完成最终稿。一张作品的整个周期大概在2周到1个月，期间所有的交流都会通过电子邮件完成。”

而在这五年来的合作中，梁琰感受最深的是阿诺德教授对科学可视化创作的重视和对艺术家的创意工作的尊重，而这从他们接触的一开始就体会到了。阿诺德研究组的网站上目前还挂着梁琰团队为他们的一篇Science论文创作的的作品。

▲阿诺德研究组官网截图

阿诺德教授团队使用定向演化技术，改良后的新蛋白质可以被用于替代成本高昂的流程，以及采用化石原材料生产燃料、纸质产品、药物、纺织品和农用化学品的流程。

通过定向演化技术，科学家们还能在实验室中“创造出”自然界里并不存在，具有新颖生物学功能的蛋白质，极大地拓展了生物机体可以利用的材料。我们都知道，目前地球上所有生命（包括人类）全都是基于碳元素的碳基生物，而利用定向演化技术，已能成功地在细菌中实现了有机硅化合物合成。可以说，控制了酶的定向演化，人类甚至已迈出了创造“外星人“——就是科幻小说中提到过的硅基生物的第一步。

通过欣赏下文这些梁琰团队带来的科学可视化的创作，我们也可以更直观地了解2018年诺贝尔化学奖表彰的阿诺德教授利用定向演化技术做出的大多数科研成果。

《科学》：发现了新的工程酶

弗朗西斯·阿诺德团队通过定向演化方法发现了一种基于细胞色素P450单加氧酶（cytochrome P450 monooxygenase）的工程酶，这种包含铁-血红素辅基的工程酶可以高效催化分子间苄位不对称C-H键胺化反应。这种工程酶还有望用于更多目前化学催化不能实现的C-H键官能团化反应。

通过对现有酶催化剂进行改进，人们有望解决一些传统合成化学的难题，挑战目前化学催化无法实现的化学转化。

下图为梁琰为阿诺德的Science论文创作的作品。这幅作品的风格参考了分子可视化先驱Irving Geis（1908-1997）在1989年创作细胞色素C插画，是向这位前辈致敬的作品。

▲创作者：梁琰
论文：Olefin cyclopropanation via carbene transfer catalyzed by engineered cytochrome P450 enzymes

▲创作者：Irving Geis (1908-1977)

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