她是历史上第五位诺贝尔化学奖女性获得者，因在“酶的定向进化”研究方面做出的杰出贡献荣获2018年诺贝尔奖，她在20世纪90年代首创的“定向进化”方法给生物领域带来了革命性的变化。
另一方面，她的人生也充满坎坷与挑战，曾罹患乳腺癌，接受过18个月的治疗，在两次婚姻中，她又两次经历失去丈夫和儿子的痛苦。
这是一位传奇女性的双重生活——她的名字叫弗朗西斯·阿诺德（H.）。
弗朗西斯·阿诺德 照片来源：
接受《中国科学报》采访时，67岁的阿诺德刚从健身房回来，坐在电脑前的他面色红润，看上去不到40岁。
她兴致勃勃地谈论着自己的日常生活：她目前是加州理工学院的教授，也是一家科技公司的董事会成员。接受采访当天，她与白宫进行了 6 次不同的 zoom 会议。她的一天被会议和实验室工作填满了，她还得挤出时间健身和参加晚宴。
在短短25分钟的采访中，我们一窥这位传奇女性的生活。她说她仍然以开放的心态面对所有挑战。
她的生活一直是荒野的。
成为蛋白质领域的工程师
“定向进化”是一种模拟自然选择的过程，用于在实验室环境下提高酶、蛋白质、微生物等生物分子和生物体的性能。“定向进化”的核心思想是通过随机突变产生大量的变异体，然后筛选出具有期望性能的变异体，从而模拟自然进化过程中的“变异—自然选择”机制。
近日，弗朗西斯·阿诺德团队与陶氏有机硅公司合作，在《自然》杂志上发表了相关成果，他们利用“定向进化”技术扩大了这种酶的活性，可导致碳硅键的断裂，从而为降解甲基硅氧烷等人造化合物提供了可能。
中国科学报：您能介绍一下最近发表的成果吗？
弗朗西斯·阿诺德：
在过去的十年里，我一直在试图证明大自然可以学会做化学家能做的任何事情，甚至做得更好，包括使用化学方法来建立和打破生物世界中不存在的化学键。
“在这项研究中，我们创造了第一种能够打破碳硅键的酶，这在自然界中从未见过，这非常令人兴奋。你在一个房间里，里面有 50 种含有环氧合酶的产品，环氧合酶是一种人造化学物质，不能自然生物降解。但我们在酶中进化出了这种功能，并表明这在化学上是可能的，而且这种酶可以将硅分解开。”
弗朗西斯·阿诺德的团队近期成绩来源：网站
中国科学报：您是用“定向进化”的方法实现的吗？
弗朗西斯·阿诺德：
是的。定向进化已经向我们展示了很多。进化是一个非常强大的工程过程，适用于从分子到生态系统的所有规模。我们可以引导进化来创造新的酶，它们是优秀的化学家和催化剂。
“定向进化”的真正诀窍是在巨大的可能性空间中找到更好的方案，并在指定的时间范围内完成。
中国科学报：您创立“定向进化”的灵感来自哪里？
弗朗西斯·阿诺德：
我是一名受过训练的工程师（注：阿诺德在美国普林斯顿大学学习机械和航空航天工程），一直想创造新的东西。
当我第一次剪切和粘贴 DNA 时，我就爱上了蛋白质，我想成为蛋白质领域的工程师。但没有人知道怎么做。没有人知道蛋白质如何工作，最小序列如何决定它们的功能，也没有人知道如何设计出微妙的差异。我不得不自己想办法。一个好的工程师必须依靠经过验证的理论，所以我把注意力转向了进化。进化是让人类变得更好的方式。
2018年诺贝尔化学奖得主弗朗西斯·阿诺德、乔治·史密斯和格雷戈里·温特爵士。图片来源：诺贝尔奖官网
《中国科学报》：普通人也能用上“定向进化”吗？
弗朗西斯·阿诺德：
例如，所有洗衣粉都含有酶，但哪种天然酶愿意在洗衣机中发挥作用呢？洗衣粉中使用的所有酶都经过“定向进化”优化，可以在漂白剂和表面活性剂存在下发挥作用。
这样的例子数以千计，所有试剂和DNA测序都通过“定向进化”进行了优化，用于制造药物、香料、纺织染料和食品的酶也都是通过“定向进化”设计的。
中国科学报：您认为自己对科学最重要的贡献是什么？
弗朗西斯·阿诺德：
我是第一个利用进化过程创造新酶的人——我在 20 世纪 90 年代展示的这一过程目前已被世界各地数千个实验室和产品所使用。
从那时起，我继续利用定向进化来制造各种有趣的酶和蛋白质，制造出人们认为不可能的东西，比如碳神经元或碳硅键，以及非常有用的东西。
“不要把科学留给男人”
中国科学报：您认为性别会影响科学研究吗？
弗朗西斯·阿诺德：
对于女性来说，从事科学研究一直是一个挑战，因为我们有太多其他的兴趣。女性对人、孩子、家庭、同事、教学和关心他人感兴趣，但这对我来说是件好事。
20 世纪 70 年代，女工程师很少，所以我得到了很多关注。我告诉自己，当我站起来谈论某件事时，我必须说一些真正能引起注意的话。如果你想做科学，你必须让你的研究受到关注，对吧？我们希望人们阅读我们的论文，听我们的演讲，并同意我们的想法。因此，我利用自己作为稀有女性的独特地位，确保当我有机会发言时，我会告诉人们一些他们不会忘记的事情。
1984 年，阿诺德在加州大学伯克利分校化学学院。图片来源：诺贝尔奖官网
中国科学报：您对女科学家有什么建议？
弗朗西斯·阿诺德：
不要把科学留给男人，因为科学非常有趣。我从事科学研究 40 年了，我从未厌倦过，我从未耗尽过灵感。我仍然想尝试新事物，我的工作总是在变化。我的建议是 - 坚持下去并享受它。
中国科学报：获得诺贝尔奖对您的工作和生活有何影响？
弗朗西斯·阿诺德：
我以前也得过一些重要的奖项，但是都没有达到诺贝尔奖的规模，所以“影响力”把一个人推向了另一个层次。
酶是最好的化学家。我获奖后，越来越多的人注意到酶，并尝试利用酶来做新的化学反应。一些优秀的年轻化学家决定尝试用酶“做饭”，他们加入了我的实验室，一起做化学研究。
中国科学报：听说您小时候很顽皮，能和我们讲讲您的成长经历吗？
弗朗西斯·阿诺德：
我是在 20 世纪 70 年代长大的，那是一个非常有趣的时代，在世界各地都是如此，包括美国。年轻人当时都在抗议越南战争。年轻人对他们的父母感到不满，他们对政府也感到不满。所以我从小就是一个抗议者和反叛者，我把这种情绪带入了科学领域。
我从不害怕质疑权威。我是家里唯一的女孩，有四个兄弟，所以我不怕男人。我总是周围人的领导者和组织者。我经常和父亲争吵，但我们的关系非常亲密，他为我感到骄傲。
那时也是妇女运动的开始，女性感到更有力量去做除了结婚以外的事情。那时我总是跟父亲说我永远不会结婚，不会生孩子，我会环游世界。虽然后来我结婚生子了。
1961年，阿诺德（中）和哥哥们一起玩“战争游戏”。图片来源：诺贝尔奖官网
自由开放是生活的基础
中国科学报：您的童年生活对您的科学生涯有何影响？
弗朗西斯·阿诺德：
那是一段非常有趣的时光，它塑造了我的性格。
最重要的是自由感。我从小就能自由地读书，和朋友在户外玩耍。我生活在一个安全的社区。因此，我感到自由和自信，可以做我想做的事。我喜欢去各种地方，尝试新事物。这是我性格的一部分。
中国科学报：您认为这种自由是研究成功的关键吗？
弗朗西斯·阿诺德：
是的，绝对如此！您可以自由地质疑权威，质疑人们所说的是否正确，因为有时它并不正确。
此外，科学的关键是尽可能多地学习，然后转换领域，进入新的领域，虽然你不是专家，但你有其他领域的经验，可以应用于新问题。
例如，我拥有出色的数学和工程背景，但我进入了蛋白质领域。生物化学家会说：“你对蛋白质一无所知。”我会说：“什么？你是谁？你怎么敢质疑我？”因为我的背景不是生物化学，所以我可以用非常不同的方式来思考生物化学。有时，如果你知道的太多，你的思维就会变得局限。
中国科学报：能谈谈您现在的日常生活吗？
弗朗西斯·阿诺德：
我的日常生活相当充实。我今天与白宫进行了 6 次不同的 Zoom 会议。我为拜登工作。我是公司董事会成员。我刚从健身房回来。我现在正在接受你们的采访。之后我要去吃晚饭。你看，这是漫长的一天，从早上 6 点开始，一直持续到晚上。但我真的很喜欢这种忙碌的生活。我很高兴能做不同的事情。
我也经常旅行，每两个月去华盛顿特区参加会议等。当我在加州理工学院时，我会在实验室工作或看望我的学生。
中国科学报：您是如何走出人生困境的？科研工作是否给予您很大的力量？
弗朗西斯·阿诺德：
是的，研究给了我很大的力量。我有很棒的同事！加州理工学院是一个非常特别的地方，只有 900 名本科生，比大多数人的高中都要小，这意味着我的学生是世界上最好的。我们有 1,000 名研究生，规模也很小，就像一个家庭。我一直知道，当事情变得艰难时，加州理工学院是我的坚强后盾。当然，我的家人是我的坚强后盾，我有三个儿子，他们是我的坚强后盾。
2018 年秋天，阿诺德和她的儿子詹姆斯·贝利（左）和约瑟夫·兰格（右）在加州理工学院。阿诺德的另一个儿子威廉·兰格于 2016 年在一场事故中丧生。图片来源：加州大学伯克利分校化学学院官网
中国科学报：您在“定向进化”领域培养的第一位中国博士生是赵会民，此后您又接触了很多中国学者和学生。与他们共事感觉如何？
弗朗西斯·阿诺德：
我非常喜欢和中国学者一起工作。多年来，我有许多来自中国的优秀学生。有些学生回国了，有些留在了美国，有些学生自己也有很多研究生，甚至成为了教授。中国学生富有创造力、勤奋、有竞争力，与他们一起工作真是太好了。
中国科学报：您如何看待全球范围内日益严重的学术不端现象？
弗朗西斯·阿诺德：
每个人都会犯错，无论是学生还是教授。当犯错或发表不实内容时，必须承认错误并纠正文献。2019 年，我也遇到过这种情况，当时我不得不撤回一篇论文。我马上就撤回了。我说，是的，我错了。全世界都说，好吧，这很好。
相反，当你试图隐瞒自己的错误时，你会惹上麻烦，也会损害年轻人的职业生涯。例如，我知道有些学生会在我的论文上作弊，而错误的论文会浪费他们的时间。因此，纠正错误很重要，这样其他人就不会浪费宝贵的时间。
中国科学报：您对现在的科学家有什么建议？
弗朗西斯·阿诺德：
科学是我们的共同语言，无论是在中国、俄罗斯、美国、埃及还是非洲。我们共同面临气候变化、水资源和粮食安全问题。我希望我们能用科学的共同语言，共同努力解决这些问题。
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