Frances Arnold(1956 — ?)
Frances Arnold
États-Unis
8 min de lecture
Chimiste américaine pionnière de l'évolution dirigée des protéines. Elle a reçu le prix Nobel de Chimie en 2018 pour avoir appliqué les principes de l'évolution naturelle à la conception d'enzymes. Ses travaux révolutionnent la biochimie et l'industrie pharmaceutique.
Questions fréquentes
Citations célèbres
« I've learned from evolution — nature is the best chemist. »
« The best way to create something new is to borrow from what already works. »
Faits marquants
- Née le 25 juillet 1958 à Pittsburgh, Pennsylvanie (États-Unis)
- Développe la technique d'évolution dirigée des enzymes à partir des années 1990
- Première femme à recevoir le prix Nobel de Chimie depuis 2009 (co-lauréate en 2018)
- Professeure au California Institute of Technology (Caltech)
- Ses enzymes de synthèse sont utilisées dans la production de médicaments et de biocarburants
Œuvres & réalisations
Première démonstration expérimentale de l'évolution dirigée d'une enzyme, publiée dans les PNAS. Arnold montre qu'en appliquant mutagenèse aléatoire et sélection itérative, on peut améliorer radicalement l'activité d'une enzyme dans un solvant organique.
Série de travaux sur cette enzyme clé du métabolisme, conduisant à des variants capables de réactions d'oxydation hautement sélectives. Ces enzymes trouvent des applications directes dans la synthèse industrielle de médicaments.
Article de synthèse publié dans Accounts of Chemical Research, résumant la philosophie et les méthodes de l'évolution dirigée. Cité des milliers de fois, il est devenu un texte fondateur du domaine du génie des protéines.
Publication dans Science démontrant que des enzymes évoluées peuvent former des liaisons silicium-carbone, absentes de la biologie naturelle. Cette prouesse ouvre la voie à une chimie organosiliciée biosourcée d'une grande valeur industrielle.
Création d'une start-up californienne utilisant des enzymes évoluées pour produire de l'isobutanol comme biocarburant à partir de biomasse. Un exemple emblématique du transfert de technologie académique vers l'industrie de l'énergie verte.
Consécration internationale des vingt-cinq ans de travaux d'Arnold sur l'évolution dirigée, partagé avec George Smith et Gregory Winter. Ce prix valide l'approche biomimétique comme paradigme central du génie biologique contemporain.
Anecdotes
En 1993, Frances Arnold réalise une expérience qui va changer la biochimie : plutôt que de concevoir laborieusement une enzyme pièce par pièce, elle applique les principes de l'évolution naturelle en laboratoire. Elle introduit des mutations aléatoires dans le gène d'une enzyme, sélectionne les variantes les plus performantes, et répète le processus — comme Darwin accéléré. En quelques semaines, elle obtient une enzyme bien plus efficace que l'original.
Avant de se tourner vers la biologie, Frances Arnold était ingénieure en aérospatiale. Diplômée de Princeton en génie mécanique en 1979, elle changea radicalement de voie après son doctorat à Berkeley, fascinée par l'idée d'appliquer des méthodes d'ingénierie aux systèmes vivants. Cette double culture — technique et biologique — est au cœur de sa révolution scientifique.
En 2016, son équipe à Caltech réussit un exploit inédit : créer des enzymes capables de former des liaisons silicium-carbone, une réaction chimique qui n'existe pas dans la nature. Cet exploit, publié dans la revue Science, démontra que l'évolution dirigée pouvait doter les êtres vivants de capacités entièrement nouvelles, ouvrant la voie à une chimie verte révolutionnaire.
Lors de la remise du prix Nobel de Chimie 2018 à Stockholm, Frances Arnold devint la cinquième femme de l'histoire à recevoir cette distinction, et la première citoyenne américaine à l'obtenir. Lors de sa conférence Nobel, elle insista sur le rôle collectif de ses étudiants et postdoctorants : sans eux, vingt-cinq ans de recherche sur l'évolution dirigée n'auraient pas été possibles.
Frances Arnold est l'une des rares scientifiques académiques à avoir fondé plusieurs start-ups basées sur ses découvertes, dont Gevo en 2005, spécialisée dans les biocarburants à partir de biomasse. Elle a aussi siégé au conseil présidentiel américain sur la science et la technologie, militant pour que la recherche fondamentale serve directement la transition énergétique.
Sources primaires
We have used sequential random mutagenesis and screening to evolve an enzyme for catalysis in a highly nonnatural environment. Ten amino acid substitutions identified in three generations of random mutagenesis resulted in an enzyme 256 times more active than the wild-type enzyme in 60% dimethylformamide.
Directed evolution uses iterative cycles of mutagenesis and screening to improve proteins. By mimicking the processes of natural evolution, we can generate proteins with properties far outside the range of what exists in nature, including new substrate specificities, activities in nonaqueous solvents, and altered thermostabilities.
We report here that iron-containing proteins can catalyze the formation of carbon-silicon bonds — something nature has never done before. Using directed evolution, we engineered a bacterial cytochrome c to produce organosilicon compounds with high selectivity.
I use directed evolution to optimize or create new proteins. By making and testing large libraries of genetic variants, I can find proteins with new and useful functions. The proteins discovered by directed evolution are now used in the synthesis of drugs, biofuels, and other chemicals.
Lieux clés
Institution où Arnold travaille depuis 1987 et dirige son laboratoire de recherche en génie chimique et biologique. C'est là qu'elle développa et perfectionna l'évolution dirigée, entourée de chercheurs du monde entier.
Université où Arnold obtint son doctorat en génie chimique en 1985. C'est au contact du milieu académique de Berkeley qu'elle commença à s'intéresser aux applications de l'ingénierie aux systèmes biologiques.
Où Arnold obtint son diplôme de premier cycle en génie mécanique et aérospatial en 1979. Sa formation d'ingénieure influença profondément son approche méthodique et quantitative de la biologie.
Lieu de la cérémonie annuelle de remise des prix Nobel, où Frances Arnold reçut son prix de Chimie en décembre 2018, devenant la cinquième femme et la première Américaine à recevoir cette distinction.
Lieu de naissance de Frances Arnold en 1956, dans la région industrielle de la Rust Belt américaine. Ce contexte d'industrie lourde aurait influencé son intérêt pour les applications concrètes et industrielles de la recherche fondamentale.
