在諾貝爾獎的歷史上，總共有57位獲獎女性，其中有22位女科學家獲得科學領域的諾貝爾獎。她們中每一位的成就和經歷都可圈可點，其中有獲得兩次諾貝爾獎的居里夫人，去年剛剛獲得諾貝爾化學獎的CRISPR先驅Emmanuelle Charpentier和Jennifer A。Doudna博士，以及因為對青蒿素的研究而獲獎的屠呦呦等等。

在今年國際婦女節來臨之際，我們來回顧一下2018諾貝爾化學獎得主弗朗西斯·阿諾德（Frances H。 Arnold）博士的傳奇經歷。從十幾歲時離家打工，到騎摩托周遊意大利和土耳其，從開創“定向進化”的蛋白工程學領域到戰勝乳腺癌，弗朗西斯牢牢把握著書寫人生的畫筆，寫下一頁頁絢麗多彩的篇章。

“在60年代，沒人知道該怎麼對付一個聰明的小女孩”

1956年7月25日，弗朗西斯·阿諾德在匹茲堡出生，她是家裡5個孩子中唯一的女兒，從小時候起，她就學會如何在一群男孩中生活。在上世紀60年代，“沒人知道怎麼對付一個聰明的小女孩”，弗朗西斯回顧道。那時候，教給她的課程包括音樂課（鋼琴和小提琴），針織和藝術作業，以及滑冰。而小弗朗西斯則更喜歡把盡量多的時間留給戶外活動，在石頭底下挖蜥蜴，率領自己的弟弟們在大型下水管道中冒險，或者收集汽水瓶到便利店裡去換錢買冰糕。

弗朗西斯的父親是一名傑出的核物理學家，在43歲就獲得了美國工程院院士的稱號。在小弗朗西斯眼裡，父親是世界上最聰明的人，因為他有所有的答案，能解釋所有東西是怎麼工作的，又能修好幾乎任何東西。父親在家的時候最大的愛好就是建造房屋和飛機模型，以及收集錢幣和郵票。小弗朗西斯為了和父親在一起玩，也和他一起收集郵票。從集郵中，她學到了地理，知曉了國家、政府、以及語言隨著時間的變遷。

等到弗朗西斯13歲的時候，她已經厭倦了在教室裡上課，開始逃課搭車去華盛頓DC參加抗戰遊行。青春期叛逆的她十幾歲就搬到家外面去住，打不同的工來支付生活消費。弗朗西斯做過的工作包括披薩店打雜（15歲），前台接待員（16歲），爵士樂酒吧服務員（17歲），和出租汽車司機（18歲）等等。

1974年，弗朗西斯考入普林斯頓大學，攻讀機械和航空航天工程。雖然她是班裡唯一的女生，但是對於弗朗西斯來說，這已經不是什麼新鮮事。她沉浸於盡力吸收盡可能多的知識和理念之中，從意大利語、經濟學、社會主義理論，到非常多的數學和物理。

不過弗朗西斯的大學歷程也不走尋常路，在大二的時候，她決定休學一年到馬德里和米蘭去工作和旅行，在那裡，她沒有說過一句英語，發現了全新的文化和朋友。她和她的意大利男友一同騎著摩托車，從意大利的米蘭，走走停停，玩到土耳其的伊斯坦布爾。旅行為我打開了一個不同文化構成的多彩繽紛的世界，弗朗西斯回顧道，更不用說那麼多好吃的了。

獲得機械和航空航天工程學士學位之後，弗朗西斯決定在加州大學伯克利分校攻讀化學工程學博士學位。受到當時能源危機的影響，弗朗西斯最初的目標是研究纖維素生物燃料，探索石油、煤炭以外的可替代能源。而那時，生物技術產業的革命正在加州和波士頓興起。基因泰克（Genentech）和安進（Amgen）這樣的公司正在尋找工程師們擴展使用重組DNA技術生產蛋白療法的成產過程。這成為弗朗西斯轉行的重要契機。

“我們從來沒想到過大自然還可以這樣玩化學！”

使用重組蛋白作為治療疾病的療法意味著需要大量生成和純化蛋白，然而研究人員很快發現，蛋白是一種很“嬌氣”的大分子，在非生理環境下，它們很可能出現折疊錯誤，導致失去原有的活性。弗朗西斯最初的研究方向是通過在蛋白中引入特定的突變，改良蛋白的成藥特性。然而在上世紀80年代，這種“理性設計”的思路遇到很多困難。研究人員不但需要知道一個蛋白的晶體結構，而且要理解蛋白結構和功能之間的關係。這樣才能發現值得引入突變的位點，以及設計要引入什麼樣的氨基酸。

在經歷了多次失敗之後，弗朗西斯決定改變引入基因突變的策略。她的團隊在表達蛋白的基因上隨機引入基因突變，讓細菌表達這些攜帶突變的蛋白。然後，他們使用快速的檢測手段篩選特性得到一定改善的蛋白。在這些蛋白的基礎上進一步引入基因突變，進行下一輪的篩選。如同大自然的生命進化一樣，這種在實驗室條件下的定向進化通過一輪輪的篩選，進化出具有理想功能的蛋白。

弗朗西斯驚喜地發現，這一策略不但可以很快發現有益的基因突變，而且有益的基因突變可以不斷積累，進一步改善蛋白的功能。而讓人意外的是，很多有益的基因突變出現在蛋白化學家們意想不到的地方。“在實驗室裡，我們發現大自然玩化學的方法我們做夢都想不到。”弗朗西斯說，“大自然才不管科學家是怎麼想的呢！”

通過定向進化，弗朗西斯的團隊生成了具備全新功能的蛋白酶和全新功能的微生物。例如，她的實驗室進化出的有些微生物能夠在作為生命基礎的碳原子和構成非生命物質的矽原子之間形成化學鍵。或許，科幻小說裡才會出現的矽基生命並不是那麼不可能。

弗朗西斯在定向進化領域的成就也帶給她數不清的榮譽和表彰。在她43歲的時候，弗朗西斯成為美國工程院院士，在慶祝儀式上，她的父親興奮地站起來大喊：“那是我女兒！”。至今，弗朗西斯和她的父親仍是美國工程院屈指可數的“父女檔”院士。弗朗西斯也是美國第一位獲得美國國家科學院、美國國家工程院、美國國家醫學院“三院院士”稱號的女科學家。

跨過黑暗，再度出發

在事業上成績斐然的弗朗西斯，在生活上卻遇到過諸多坎坷。2001年，她的第一任丈夫，美國工程院院士James Bailey博士因為結腸癌而去世。在2004年，她發現自己患上了乳腺癌，而且癌細胞已經擴散到了乳腺附近的淋巴結中。弗朗西斯經歷了兩次手術，長達18個月的化療和放療，同時還要照顧3個兒子。在與病魔作鬥爭的同時，她也沒有中斷一天的工作，對於弗朗西斯來說，科學研究不但給給予了她目標，也帶給了她歡樂。

在身體恢復健康之後，弗朗西斯做出了一個刻意的決定，無論是在職業生涯還是個人生活中，都要再次冒險。她和兒子們一起到偏遠的小島上探險，在自己通常的圈子之外結交了許多新朋友。她仍然熱衷於潛水和登山。也首次接受邀請給普通大眾做科學報告，為他們講進化的故事，描繪科學能夠帶來的美好未來。

而在實驗室裡，弗朗西斯向科學上更具挑戰性的難題進擊。她的目標是讓蛋白酶能夠催化在生物世界中從未見過，全新的化學反應。“大自然只探索了生命和生命分子的眾多可能性中很小一部分。利用進化，我們現在能夠探索大自然沒有走過的路。”弗朗西斯說。

注：本文旨在介紹醫藥健康研究，不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導，請前往正規醫院就診。