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圖片來源于瑞典皇家科學院

2018年的諾貝爾化學獎授予了弗朗西斯·阿諾德（Frances Arnold），喬治·史密斯（George Smith）和格雷格·保羅·溫特（Gregory Paul Winter），表彰他們在酶的定向進化，以及多肽與抗體的噬菌體展示技術領域的貢獻。

雖然化學獎授予了3個在生物學領域有突出貢獻的科學家這事兒挺稀奇的，但是這種跨界卻也無可厚非，表面上看上去毫無關聯，但內核卻息息相通，這些創新技術的背后都是亙古不變的生物生存法則——進化，而進化的本質在化學層面上就是基因變異，進而導致蛋白質在分子層面上發生改變，產生新的物種，造就豐富多彩的世界。成功者上位曰為“進化”，失敗者則出局淹沒在浩瀚的歷史長河中，這就是自然法則。三位科學家的偉大之處就是巧妙的利用了自然法則，不僅向自然學習，更超越了自然，應用這個法則來造福蕓蕓眾生。其中，Frances發明的“定向進化”（Directed Evolution）技術通過對野生酶進行基因工程改造，實現了酶的定向進化，可高效獲得符合不同應用場景所需的酶；而George和Gregory的主要貢獻是開發了一種叫做“噬菌體展示”（Phage Display）的技術，利用噬菌體來表達感興趣的基因，進而對這些蛋白質進行高效篩選和進化，用于更好的開發抗體藥物。 

你可能會覺得這些技術聽上去都挺高大上的，但和我們的生活有什么關聯呢？遠的不說，今天就來詳細解析一下“定向進化”技術及其在新一代測序技術（NGS）上的小應用。 

眾所周知，當今醫學技術已經跨入了“精準醫學”（Precision Medicine）時代，和“經驗醫學”（Empirical Medicine，第一代）及“循證醫學”（Evidence-based Medicine，第二代）所不同的是，精準醫學非常強調個體化的精準診斷和治療，同病可異治（Umbrella Trial），異病也可同治（Basket Trial），前者追尋相似的疾病表征下是否有不同的基因驅動機制以及因人而異的治療策略，使患者得到更適合的治療；后者則關注不同疾病背后是否有相同的基因驅動機制以及有沒有現有的治療手段可以應用，讓患者得到更及時的治療。但無論是同病異治還是異病同治，都離不開NGS技術的崛起和進步，毫不夸張的說，沒有NGS技術就沒有精準醫學。

同樣，NGS技術也離不開幾個核心的基礎技術，高保真聚合酶就是其中的“關鍵先生”之一，而我們今天的主角——定向進化——就是獲得高性能高保真聚合酶的技術保障，業內目前普遍認可的 KAPA HiFi 系列高保證聚合酶的誕生即得益于“定向進化”的強大威力。