洛桑联邦理工学院 DNA包裹的单壁碳纳米管示意图
信用:本杰明兰伯特，EPFL 2018年诺贝尔化学奖授予了三位科学家，他们开发了一种永远改变蛋白质工程的方法:定向进化
模仿自然进化，定向进化指导具有改进或新功能的蛋白质的合成
首先，原始蛋白质被突变以产生突变蛋白质变体的集合
选择表现出改善的或更理想的功能的蛋白质变体
然后这些被选择的蛋白质再次被突变，为下一轮选择创造另一组蛋白质变体
这个循环重复进行，直到最终的突变蛋白进化出与原始蛋白相比性能最佳的蛋白
现在，来自EPFL阿德米斯·博戈西昂实验室的科学家们已经能够利用定向进化来构建合成纳米粒子，而不是蛋白质
这些纳米粒子被用作光学生物传感器——利用光检测空气、水或血液中生物分子的微型设备
光学生物传感器广泛用于生物研究、药物开发和医学诊断，例如实时监测糖尿病患者的胰岛素和葡萄糖
博戈西昂说:“定向进化的美妙之处在于，我们甚至可以在不知道蛋白质的结构与其功能有什么关系的情况下，设计出一种蛋白质。”
“我们甚至没有绝大多数蛋白质的信息
" 定向进化方法应用于纳米粒子复合物的一般原理
起始复合物是一种带有微弱光信号的脱氧核糖核酸单壁碳纳米管
这是通过定向进化进化而来的:(DNA序列的随机突变；(2)用核酸包裹单壁碳纳米管，筛选复合物的光信号；(3)选择显示改善的光信号的脱氧核糖核酸-单壁碳纳米管复合物
经过几个周期的进化，我们可以进化出表现出增强光学行为的脱氧核糖核酸-单壁碳纳米管复合物
荣誉:本杰明·兰伯特(EPFL) 她的团队利用定向进化来修改包裹着脱氧核糖核酸的单壁碳纳米管(或简称为脱氧核糖核酸单壁碳纳米管)的光电特性，这是一种纳米大小的碳原子管，类似于被脱氧核糖核酸覆盖的卷起的石墨烯片
当它们检测到目标时，脱氧核糖核酸单壁碳纳米管发出一种光学信号，可以穿透复杂的生物液体，如血液或尿液
利用定向进化的方法，博戈西昂的团队能够设计出新的带有光信号的DNA单壁碳纳米管，其光信号增加了56%——而且他们只在两个进化周期内完成了这项工作
“这个领域的大多数研究人员只是筛选不同材料的大型图书馆，希望找到一个具有他们所寻找的特性的，”博戈西昂说
“在光学纳米传感器中，我们试图提高选择性、亮度和灵敏度等性能
通过应用定向进化，我们为研究人员提供了一种指导方法来设计这些纳米传感器
" 这项研究表明，本质上是生物工程技术的东西可以用来更合理地调整某些纳米材料的光电特性
博戈西昂解释道:“像材料科学和物理学这样的领域主要致力于定义材料的结构-功能关系，使得缺乏这种信息的材料难以制造
但这是一个几十亿年前大自然就解决了的问题——近几十年来，生物学家也解决了这个问题
我认为我们的研究表明，作为材料科学家和物理学家，我们仍然可以从生物学家那里学到一些实用的教训
"
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