图片来源于瑞典皇家科学院

2018年的诺贝尔化学奖授予了弗朗西斯·阿诺德（Frances Arnold），乔治·史密斯（George Smith）和格雷格·保罗·温特（Gregory Paul Winter），表彰他们在酶的定向进化，以及多肽与抗体的噬菌体展示技术领域的贡献。

虽然化学奖授予了3个在生物学领域有突出贡献的科学家这事儿挺稀奇的，但是这种跨界却也无可厚非，表面上看上去毫无关联，但内核却息息相通，这些创新技术的背后都是亘古不变的生物生存法则——进化，而进化的本质在化学层面上就是基因变异，进而导致蛋白质在分子层面上发生改变，产生新的物种，造就丰富多彩的世界。成功者上位曰为“进化”，失败者则出局淹没在浩瀚的历史长河中，这就是自然法则。三位科学家的伟大之处就是巧妙的利用了自然法则，不仅向自然学习，更超越了自然，应用这个法则来造福芸芸众生。其中，Frances发明的“定向进化”（Directed Evolution）技术通过对野生酶进行基因工程改造，实现了酶的定向进化，可高效获得符合不同应用场景所需的酶；而George和Gregory的主要贡献是开发了一种叫做“噬菌体展示”（Phage Display）的技术，利用噬菌体来表达感兴趣的基因，进而对这些蛋白质进行高效筛选和进化，用于更好的开发抗体药物。 

你可能会觉得这些技术听上去都挺高大上的，但和我们的生活有什么关联呢？远的不说，今天就来详细解析一下“定向进化”技术及其在新一代测序技术（NGS）上的小应用。 

众所周知，当今医学技术已经跨入了“精准医学”（Precision Medicine）时代，和“经验医学”（Empirical Medicine，第一代）及“循证医学”（Evidence-based Medicine，第二代）所不同的是，精准医学非常强调个体化的精准诊断和治疗，同病可异治（Umbrella Trial），异病也可同治（Basket Trial），前者追寻相似的疾病表征下是否有不同的基因驱动机制以及因人而异的治疗策略，使患者得到更适合的治疗；后者则关注不同疾病背后是否有相同的基因驱动机制以及有没有现有的治疗手段可以应用，让患者得到更及时的治疗。但无论是同病异治还是异病同治，都离不开NGS技术的崛起和进步，毫不夸张的说，没有NGS技术就没有精准医学。

同样，NGS技术也离不开几个核心的基础技术，高保真聚合酶就是其中的“关键先生”之一，而我们今天的主角——定向进化——就是获得高性能高保真聚合酶的技术保障，业内目前普遍认可的 KAPA HiFi 系列高保证聚合酶的诞生即得益于“定向进化”的强大威力。