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Frances H Arnold Frances Hamilton Arnold 25 Juli 1956 in Pittsburgh Pennsylvania ist eine US amerikanische Biochemikerin

Frances H. Arnold

Frances Hamilton Arnold (* 25. Juli 1956 in Pittsburgh, Pennsylvania) ist eine US-amerikanische Biochemikerin und Chemieingenieurin. Sie ist Professorin für Chemieingenieurwesen, Biochemie und Bio-Ingenieurwesen am California Institute of Technology (Caltech) und hält die Dick and Barbara Dickinson Professorship. Sie gilt als Pionier auf dem Gebiet der Gerichteten Evolution in der Chemie. Für ihre Leistungen wurde ihr 2018 der Nobelpreis für Chemie zugesprochen. Unter US-Präsident Joe Biden wurde sie gemeinsam mit Maria T. Zuber und Francis Collins Co-Vorsitzende des President’s Council of Advisors on Science and Technology.

Frances H. Arnold (2012)

Leben Bearbeiten

Arnold wuchs in einem Vorort von Pittsburgh, Pennsylvania auf als Tochter des Kerntechnikers William Howard Arnold. Sie ist die Enkelin des Generals William Howard Arnold. In ihrer Jugend protestierte sie gegen den Vietnamkrieg, zog aus Rebellion gegen ihr Elternhaus nach Washington D. C., wo sie die High School selbst durch Kellnern in einem Jazzclub und Taxifahren finanzierte, und war in Südamerika, um an einem Solarenergieprojekt mitzuwirken. Sie studierte Luftfahrttechnik und Maschinenbau an der Princeton University mit dem Bachelor-Abschluss 1979 und wurde 1985 an der University of California, Berkeley, in Chemie-Ingenieurwesen promoviert. Ihre Dissertation trug den Namen Design and scale-up of affinity separations. Ab 1986 war sie am Caltech.

2019 trat sie in Folge 18 der zwölften Staffel der Sitcom The Big Bang Theory als sie selbst auf.

Werk Bearbeiten

Sie ist bekannt als einer der Pioniere der Verwendung von Methoden gerichteter Evolution bei der Entwicklung neuer Proteine zum Beispiel für Medizin, Biokatalyse und Bio-Brennstoffe. Dabei wird DNA mit Fehlern (Mutationen) vervielfältigt und die vielversprechendsten Ergebnisse in Mikroben eingebaut zur gentechnischen Produktion der entsprechenden Proteine. Erste Versuche dazu unternahm sie 1996 bei der Optimierung eines natürlich in einer Bakterie vorkommenden Enzyms (Subtilisin E) für organische statt wässrige Umgebung. Sie hält über 30 US-Patente (2011) und beriet zahlreiche Biotechnologie- und Pharmaziefirmen, so Merck Sharp & Dohme bei der Entwicklung des Diabetes-Medikaments Januvia.

Sie entwickelte Substanzen, die an Neurotransmitter koppeln und verbesserte Bildgebungsverfahren zur Erforschung des Gehirns versprechen, wo funktionelle Magnetresonanztomographie bisher vorwiegend auf Sauerstoffgehalt des Bluts basiert.

Auch die enzymatische Bildung von Kohlenstoff-Silizium-Bindungen wurde von ihrer Arbeitsgruppe beschrieben. Ebenso wurde eine hochselektive Methode der enzymatischen Darstellung eines Cyclopropan-Präkursors bei der Synthese von Ticagrelor beschrieben.

2005 war sie Mitgründerin von Gevo Inc., die Methoden zur Erzeugung von Bio-Brennstoffen entwickeln. Sie entwickelte ein Enzym, das unter anaeroben Bedingungen funktioniert und so hohe Kosten in der Belüftung spart. Sie arbeitet an Enzymen, die Biotreibstoff statt aus Zuckern aus Zellulose gewinnen.

Persönliches Bearbeiten

Sie hat drei Söhne. 2005 erkrankte sie an Brustkrebs und unterzog sich einer Operation. Zu ihren Hobbys zählen Tauchen, Wandern, Fahrradfahren und Reisen.

Ehrungen und Auszeichnungen Bearbeiten

Mitgliedschaften Bearbeiten

Schriften Bearbeiten

  • mit K. Q. Chen: Enzyme engineering for nonaqueous solvents: random mutagenesis to enhance activity of subtilisin E in polar organic media. Biotechnology (N Y), Band 9, 1991, S. 1073–1077.
  • mit K. Chen: Tuning the activity of an enzyme for unusual environments: sequential random mutagenesis of subtilisin E for catalysis in dimethylformamide. Proc Natl Acad Sci USA, Band 90, 1993, S. 5618–5622.
  • Engineering proteins for unusual environments. FASEB J., Band 7, 1993, S. 744–749.
  • mit K. Miyazaki: Exploring nonnatural evolutionary pathways by saturation mutagenesis: rapid improvement of protein function. J. Mol. Evol., Band 49, 1996, S. 716–720.
  • Directed Evolution: Creating Biocatalysts for the Future. In: Chemical Engineering Science. Band 51, 1996, S. 5091–5102, doi:10.1016/S0009-2509(96)00288-6.
  • mit J. C. Moore, H. M. Jin, O. Kuchner: Strategies for the in vitro Evolution of Protein Function: Enzyme Evolution by Random Recombination of Improved Sequences. In: Journal of Molecular Biology. Band 272, 1997, S. 336–347, pdf.
  • mit H. Zhao: Functional and nonfunctional mutations distinguished by random recombination of homologous genes, Proc Natl Acad Sci. USA, Band 94, 1997, S. 7997–8000.
  • mit H. Zhao: Optimization of DNA shuffling for high fidelity recombination. Nucleic Acids Res., Band 25, 1997, S. 1307–1308.
  • mit H. Zhao, L. Giver, Z. Shao, J. A. Affholter: Molecular evolution by staggered extension process (StEP) in vitro recombination. Nat Biotechnology, Band 16. 1998, S. 258–261.
  • mit L. You: Directed evolution of subtilisin E in Bacillus subtilis to enhance total activity in aqueous dimethylformamide, Protein Eng., Band 1996, 1994, S. 77–83.
  • mit J. C. Moore: Directed evolution of a para-nitrobenzyl esterase for aqueous-organic solvents. Nature Biotechnology, Band 14, 1996, S. 458–467.
  • mit Z. Shao, H. Zhao, L. Giver: Random-priming in vitro recombination: an effective tool for directed evolution. Nucleic Acids Res., Band 26, 1998, S. 681–683.
  • mit L. Giver, A. Gershenson, P. O. Freskgard: Directed evolution of a thermostable esterase. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, Band 95, 1998, S. 12809–12813.
  • Design by Directed Evolution. In: Accounts of Chemical Research. Band 31, 1998, S. 125–131, pdf
  • mit H. M. Zhao: Directed evolution coverts subtilisin E into a functional equivalent of thermitase. Protein Eng., Band 12, 1999, S. 47–53.
  • mit K. Miyazaki: Exploring non-natural evolutionary pathways by saturation mutagenesis: rapid improvement of protein function. J. Mol. Evol., Band 49, 1999, S. 716–720.
  • mit V. Sieber, C. A. Martinez: Libraries of hybrid proteins from distantly related sequences. Nature Biotechnology, Band 19, 2001, S. 456–460.
  • mit C. A. Voigt, C. Martinez, Z. G. Wang, S. L. Mayo: Protein building blocks preserved by recombination. Nature Struct. Biology, Band 9, 2002, S. 553–558.
  • mit Phillip A. Romero: Exploring protein fitness landscapes by directed evolution. In: Nature Reviews Molecular Cell Biology. Band 10, 2009, S. 866–876, doi:10.1038/nrm2805.
  • The nature of chemical innovation: new enzymes by evolution. The Quarterly Review of Biology, Band 48, 2015, S. 404–410.
  • Directed evolution: bringing new chemistry to life. Angew. Chem. Int. Ed., Band 57, 2018, S. 4143–4148.

Weblinks Bearbeiten

Commons: Frances Arnold – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. The President's Council of Advisors on Science and Technology: Members. In: The White House. Abgerufen am 22. April 2022 (amerikanisches Englisch).
  2. You, Arnold: Directed Evolution of Subtilisin E in Bacillus Subtilis for Catalysis of Dimethylformamide. In: Protein Engineering. Band 9, 1996, S. 77–83.
  3. Kan SB, Lewis RD, Chen K, Arnold FH: Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life., Science. 2016 Nov 25;354(6315):1048-1051, PMID 27885032
  4. Hernandez KE, Renata H, Lewis RD, Jennifer Kan SB, Zhang C, Forte J, Rozzell D, McIntosh JA, Arnold FH: Highly Stereoselective Biocatalytic Synthesis of Key Cyclopropane Intermediate to Ticagrelor., ACS Catal. 2016 Nov 4;6(11):7810-7813, PMID 28286694
  5. (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive).
Personendaten
NAME Arnold, Frances H.
ALTERNATIVNAMEN Arnold, Frances Hamilton
KURZBESCHREIBUNG US-amerikanische Biochemikerin
GEBURTSDATUM 25. Juli 1956
GEBURTSORT Pittsburgh, Pennsylvania
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Veröffentlichungsdatum:
Frances Hamilton Arnold 25 Juli 1956 in Pittsburgh Pennsylvania ist eine US amerikanische Biochemikerin und Chemieingenieurin Sie ist Professorin fur Chemieingenieurwesen Biochemie und Bio Ingenieurwesen am California Institute of Technology Caltech und halt die Dick and Barbara Dickinson Professorship Sie gilt als Pionier auf dem Gebiet der Gerichteten Evolution in der Chemie Fur ihre Leistungen wurde ihr 2018 der Nobelpreis fur Chemie zugesprochen Unter US Prasident Joe Biden wurde sie gemeinsam mit Maria T Zuber und Francis Collins Co Vorsitzende des President s Council of Advisors on Science and Technology 1 Frances H Arnold 2012 Inhaltsverzeichnis 1 Leben 2 Werk 3 Personliches 4 Ehrungen und Auszeichnungen 5 Mitgliedschaften 6 Schriften 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseLeben BearbeitenArnold wuchs in einem Vorort von Pittsburgh Pennsylvania auf als Tochter des Kerntechnikers William Howard Arnold Sie ist die Enkelin des Generals William Howard Arnold In ihrer Jugend protestierte sie gegen den Vietnamkrieg zog aus Rebellion gegen ihr Elternhaus nach Washington D C wo sie die High School selbst durch Kellnern in einem Jazzclub und Taxifahren finanzierte und war in Sudamerika um an einem Solarenergieprojekt mitzuwirken Sie studierte Luftfahrttechnik und Maschinenbau an der Princeton University mit dem Bachelor Abschluss 1979 und wurde 1985 an der University of California Berkeley in Chemie Ingenieurwesen promoviert Ihre Dissertation trug den Namen Design and scale up of affinity separations Ab 1986 war sie am Caltech 2019 trat sie in Folge 18 der zwolften Staffel der Sitcom The Big Bang Theory als sie selbst auf Werk BearbeitenSie ist bekannt als einer der Pioniere der Verwendung von Methoden gerichteter Evolution bei der Entwicklung neuer Proteine zum Beispiel fur Medizin Biokatalyse und Bio Brennstoffe Dabei wird DNA mit Fehlern Mutationen vervielfaltigt und die vielversprechendsten Ergebnisse in Mikroben eingebaut zur gentechnischen Produktion der entsprechenden Proteine Erste Versuche dazu unternahm sie 1996 bei der Optimierung eines naturlich in einer Bakterie vorkommenden Enzyms Subtilisin E fur organische statt wassrige Umgebung 2 Sie halt uber 30 US Patente 2011 und beriet zahlreiche Biotechnologie und Pharmaziefirmen so Merck Sharp amp Dohme bei der Entwicklung des Diabetes Medikaments Januvia Sie entwickelte Substanzen die an Neurotransmitter koppeln und verbesserte Bildgebungsverfahren zur Erforschung des Gehirns versprechen wo funktionelle Magnetresonanztomographie bisher vorwiegend auf Sauerstoffgehalt des Bluts basiert Auch die enzymatische Bildung von Kohlenstoff Silizium Bindungen wurde von ihrer Arbeitsgruppe beschrieben 3 Ebenso wurde eine hochselektive Methode der enzymatischen Darstellung eines Cyclopropan Prakursors bei der Synthese von Ticagrelor beschrieben 4 2005 war sie Mitgrunderin von Gevo Inc die Methoden zur Erzeugung von Bio Brennstoffen entwickeln Sie entwickelte ein Enzym das unter anaeroben Bedingungen funktioniert und so hohe Kosten in der Beluftung spart Sie arbeitet an Enzymen die Biotreibstoff statt aus Zuckern aus Zellulose gewinnen 5 Personliches BearbeitenSie hat drei Sohne 2005 erkrankte sie an Brustkrebs und unterzog sich einer Operation Zu ihren Hobbys zahlen Tauchen Wandern Fahrradfahren und Reisen Ehrungen und Auszeichnungen BearbeitenGarvan Olin Medaille der American Chemical Society 2005 FASEB Excellence in Science Award 2007 Charles Stark Draper Preis 2011 zusammen mit Willem Stemmer National Medal of Technology and Innovation 2011 Emanuel Merck Vorlesung an der TU Darmstadt 2013 Millennium Technology Prize 2016 Raymond and Beverly Sackler Prize in Convergence Research der National Academy of Sciences 2017 Nobelpreis fur Chemie 2018 Bower Award and Prize for Achievement in Science 2019 Mitgliedschaften BearbeitenNational Academy of Engineering 2000 American Association for the Advancement of Science 2000 Institute of Medicine der National Academies der USA 2004 National Academy of Sciences 2008 American Academy of Arts and Sciences 2011 American Philosophical Society 2018 Papstliche Akademie der Wissenschaften 2019 Royal Society 2020 auswartiges Mitglied Schriften Bearbeitenmit K Q Chen Enzyme engineering for nonaqueous solvents random mutagenesis to enhance activity of subtilisin E in polar organic media Biotechnology N Y Band 9 1991 S 1073 1077 mit K Chen Tuning the activity of an enzyme for unusual environments sequential random mutagenesis of subtilisin E for catalysis in dimethylformamide Proc Natl Acad Sci USA Band 90 1993 S 5618 5622 Engineering proteins for unusual environments FASEB J Band 7 1993 S 744 749 mit K Miyazaki Exploring nonnatural evolutionary pathways by saturation mutagenesis rapid improvement of protein function J Mol Evol Band 49 1996 S 716 720 Directed Evolution Creating Biocatalysts for the Future In Chemical Engineering Science Band 51 1996 S 5091 5102 doi 10 1016 S0009 2509 96 00288 6 mit J C Moore H M Jin O Kuchner Strategies for the in vitro Evolution of Protein Function Enzyme Evolution by Random Recombination of Improved Sequences In Journal of Molecular Biology Band 272 1997 S 336 347 pdf mit H Zhao Functional and nonfunctional mutations distinguished by random recombination of homologous genes Proc Natl Acad Sci USA Band 94 1997 S 7997 8000 mit H Zhao Optimization of DNA shuffling for high fidelity recombination Nucleic Acids Res Band 25 1997 S 1307 1308 mit H Zhao L Giver Z Shao J A Affholter Molecular evolution by staggered extension process StEP in vitro recombination Nat Biotechnology Band 16 1998 S 258 261 mit L You Directed evolution of subtilisin E in Bacillus subtilis to enhance total activity in aqueous dimethylformamide Protein Eng Band 1996 1994 S 77 83 mit J C Moore Directed evolution of a para nitrobenzyl esterase for aqueous organic solvents Nature Biotechnology Band 14 1996 S 458 467 mit Z Shao H Zhao L Giver Random priming in vitro recombination an effective tool for directed evolution Nucleic Acids Res Band 26 1998 S 681 683 mit L Giver A Gershenson P O Freskgard Directed evolution of a thermostable esterase Proc Nat Acad Sci USA Band 95 1998 S 12809 12813 Design by Directed Evolution In Accounts of Chemical Research Band 31 1998 S 125 131 pdf mit H M Zhao Directed evolution coverts subtilisin E into a functional equivalent of thermitase Protein Eng Band 12 1999 S 47 53 mit K Miyazaki Exploring non natural evolutionary pathways by saturation mutagenesis rapid improvement of protein function J Mol Evol Band 49 1999 S 716 720 mit V Sieber C A Martinez Libraries of hybrid proteins from distantly related sequences Nature Biotechnology Band 19 2001 S 456 460 mit C A Voigt C Martinez Z G Wang S L Mayo Protein building blocks preserved by recombination Nature Struct Biology Band 9 2002 S 553 558 mit Phillip A Romero Exploring protein fitness landscapes by directed evolution In Nature Reviews Molecular Cell Biology Band 10 2009 S 866 876 doi 10 1038 nrm2805 The nature of chemical innovation new enzymes by evolution The Quarterly Review of Biology Band 48 2015 S 404 410 Directed evolution bringing new chemistry to life Angew Chem Int Ed Band 57 2018 S 4143 4148 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Frances Arnold Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Webseite am Caltech Arnold Group am Caltech Biographie beim Draper Preis Portrat bei Bloomberg Business Week Portrat Los Angeles Times 3 Juli 2011 Google Scholar Profil von Arnold Informationen zu und akademischer Stammbaum von Frances H Arnold bei academictree orgEinzelnachweise Bearbeiten The President s Council of Advisors on Science and Technology Members In The White House Abgerufen am 22 April 2022 amerikanisches Englisch You Arnold Directed Evolution of Subtilisin E in Bacillus Subtilis for Catalysis of Dimethylformamide In Protein Engineering Band 9 1996 S 77 83 Kan SB Lewis RD Chen K Arnold FH Directed evolution of cytochrome c for carbon silicon bond formation Bringing 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