日本大百科全書(ニッポニカ) の解説
アーノルド（Frances Hamilton Arnold）
あーのるど
Frances Hamilton Arnold
（1956― ）
アメリカの生化学者。ペンシルベニア州ピッツバーグ出身。1979年プリンストン大学卒業（機械、航空工学専攻）、1985年カリフォルニア大学バークレー校で化学工学の博士号取得。同年博士研究員として同校で働き、翌1986年カリフォルニア工科大学（CIT、Caltech(カルテック)）で客員研究員、1987年助教授、1992年準教授を経て1996年教授。自身の成果を商業化するベンチャー企業「Gevo」を2005年に、「Provivi」を2013年に創設した。
もともと宇宙工学を専攻し、人類に役に立つ再生可能エネルギーなど新技術の研究をするためソーラー発電の研究に進んだが、1981年、生命の設計図であるDNAを操作し、新しい化学物質を開発できるのではないかとDNAの研究に方向を転換した。医薬品、プラスチック、肥料などの化学物質をつくるには、強い有機溶媒、重金属などの触媒が不可欠だったが、アーノルドはこうした反応を、酵素でつくりだすことを思いついた。当初、新しい酵素をつくるため、原料であるアミノ酸などを混ぜる従来の方法をとったが、化学反応を促進する触媒が不可欠で、その開発はコンピュータなどを駆使してもむずかしかった。そこで、自然界の「進化」に着目する新手法を思いついた。
アーノルドは、牛乳などに含まれるタンパク質カゼインなどを分解するサブチリシンという酵素を使って、酵素進化させる研究に取り組んだ。このタンパク質分解酵素をつくる遺伝子をわざと変異しやすいようにして、細菌に入れ、ランダムに突然変異を起こし大量の酵素をつくった。通常、この酵素は水の中で反応し、有機溶媒中では反応しにくいものだが、大量に作製した酵素の中から有機溶媒中でもタンパク質を分解できるものを選び出し、さらにその遺伝子に変異を導入した。こうした「変異を導入する」「選択する」という工程を3回ほど繰り返した結果、有機溶媒中でも分解する能力が256倍に達する酵素を手に入れることができた。こうした人工的な進化によって目的のタンパク質をつくる手法は「指向性進化法」とよばれ、アーノルドはそのパイオニアとなった。その後、DNAシャフリング（細胞の中でDNAをランダムに切断し再結合させる手法）などで、より安定した酵素の開発ができるようになった。
指向性進化で作成された酵素によって、医薬品や化学物質の合成が格段に速くなり、副産物が少なく、環境負荷の高い重金属が含まれない製品の開発につながった。さらに農作物からとれる糖やイソブタンをもとに、バイオエタノールや生分解性プラスチックの開発にも貢献した。これはアーノルドが当初目ざしていた再生可能エネルギーの開発でもあった。
2011年チャールズ・スターク・ドレイパー賞、2013年アメリカ国家技術賞、2016年ミレニアム技術賞、2017年アメリカ科学アカデミー（NAS）のレイモンド＆ベバリー・サックラー賞などを受賞。2018年には、「指向性進化による酵素の合成」の業績でノーベル化学賞を受賞した。「ファージディスプレーによるタンパク質や抗体の開発」に貢献したアメリカのミズーリー大学特別栄誉教授のジョージ・P・スミスとイギリスMRC分子生物学研究所のグレゴリ・ウィンター名誉教授との同時受賞であった。アーノルドは、同賞を受賞した歴代5人目の女性である。
［玉村 治 2019年3月20日］