Frances Arnold

Enginyera química i pionera de l’evolució dirigida d’enzims.

En poques paraules

Investiga biocatàlisi i enginyeria de proteïnes a Caltech.[1]

Contingut
  1. Qui és Frances Arnold
  2. Formació i interès per l’energia
  3. Carrera i direcció a Caltech
  4. El desenvolupament de l’evolució dirigida
  5. Variació, selecció i experimentació
  6. Reaccions i aplicacions noves
  7. Relació amb l’aprenentatge automàtic
  8. Predicció i validació experimental
  9. Gevo, Provivi i Aralez Bio
  10. Correcció del registre científic
  11. Premis i assessorament científic
  12. Biocatàlisi, substitució de substàncies i exposició laboral
  13. Continguts relacionats
  14. Referències

Personalitats →

Qui és Frances Arnold

Frances Hamilton Arnold és una enginyera química estatunidenca nascuda el 25 de juliol de 1956 a Pittsburgh.[2] Va rebre la meitat del Nobel de Química de 2018 per l’evolució dirigida d’enzims. George Smith i Gregory Winter van compartir l’altra meitat per un mètode diferent, la presentació de pèptids i anticossos mitjançant fags.[25]

Formació i interès per l’energia

Es va graduar en Enginyeria Mecànica i Aeroespacial a Princeton el 1979 i va obtenir el doctorat en Enginyeria Química a Berkeley el 1985. Després va fer recerca postdoctoral en química biofísica. La formació va travessar disciplines d’enginyeria abans de concentrar-se en proteïnes capaces de catalitzar reaccions químiques.[8]

A Princeton va combinar formació tècnica amb literatura i filosofia. En una entrevista va recordar que l’educació àmplia l’havia ajudada a establir connexions útils per pensar sobre evolució. Va arribar a la universitat durant els primers anys d’educació mixta i volia aprendre eines d’enginyeria i descobrir els interessos propis.[10]

Després de graduar-se va treballar al Solar Energy Research Institute de Colorado. El 1980 va arribar a Berkeley per investigar amb Harvey Blanch sobre biocombustibles. L’interès per alternatives energètiques va evolucionar cap a l’enginyeria de proteïnes, quan la biotecnologia començava a oferir possibilitats noves de fabricació.[9]

Carrera i direcció a Caltech

Va arribar a Caltech com a investigadora visitant el 1986 i es va incorporar al professorat el 1987. Va passar a professora associada el 1992 i a professora el 1996. Des del 2013 dirigeix el Rosen Bioengineering Center i des del 2017 ocupa la càtedra Linus Pauling d’Enginyeria Química, Bioenginyeria i Bioquímica.[4]

El laboratori investiga evolució dirigida, biologia sintètica i biocatàlisi. L’objectiu és obtenir proteïnes amb funcions útils mitjançant experimentació, disseny i anàlisi de dades. La perspectiva reuneix la pregunta científica sobre com funcionen els enzims amb la pregunta d’enginyeria sobre com adaptar-los a una tasca determinada.[1]

El desenvolupament de l’evolució dirigida

El 1993, Keqin Chen i Arnold van publicar un estudi sobre subtilisina E en un dissolvent orgànic, dimetilformamida. Amb cicles de variació i selecció van acumular canvis que recuperaven activitat catalítica en aquell medi. El resultat mostrava que es podien obtenir propietats útils sense predir cada modificació de la proteïna.[11]

Variació, selecció i experimentació

A la conferència Nobel va explicar que un enzim natural pot funcionar malament quan se li exigeix una tasca diferent. L’evolució dirigida genera variants, en mesura el comportament i conserva les que compleixen millor l’objectiu triat. Repetir les etapes permet acumular millores que, per separat, poden ser petites.[12]

Les millores observades depenien del substrat i les condicions de l’assaig; no descrivien una superioritat universal de l’enzim.[11]

Reaccions i aplicacions noves

El 2016 va participar amb Jennifer Kan, Russell Lewis i Kai Chen en un treball que adaptava un citocrom per formar enllaços entre carboni i silici. L’enzim procedia de Rhodothermus marinus. L’estudi explorava com ampliar la biocatàlisi cap a reaccions alienes a les funcions habituals de la proteïna.[13]

El 2024, l’equip i col·laboradors van desenvolupar un enzim capaç de trencar enllaços carboni–silici en determinats siloxans. Caltech va presentar l’avenç com un primer pas cap a la biodegradació. Es tractava d’ampliar capacitats químiques al laboratori; convertir-les en processos ambientals eficaços requereix desenvolupament i avaluació addicionals.[14]

Un treball dirigit experimentalment per Ziqi Li i publicat el setembre del 2026 va desenvolupar una ruta enzimàtica per obtenir oxazolidinones quirals, utilitzades en antibiòtics. L’equip buscava millorar selectivitat i fabricació. La institució el descrivia com una prova de concepte, amb l’escalat industrial i l’efecte sobre costos encara per estudiar.[15]

Relació amb l’aprenentatge automàtic

Amb Kevin Yang i Zachary Wu, Arnold va analitzar com l’aprenentatge automàtic pot orientar l’evolució dirigida. El treball va aparèixer com a prepublicació el 2018 i a Nature Methods el 2019. Els models aprenen de variants ja mesurades per proposar seqüències amb propietats prometedores i reduir la cerca entre combinacions possibles.[5]

Predicció i validació experimental

Un altre estudi del 2019 va avaluar aprenentatge automàtic amb biblioteques combinatòries de proteïnes. Incloïa un conjunt de dades sobre la proteïna GB1 per comparar estratègies de selecció. L’enfocament utilitza resultats experimentals per decidir quines variants estudiar després: predicció computacional i mesura de laboratori són parts connectades del procés.[16]

Gevo, Provivi i Aralez Bio

Arnold va cofundar Gevo el 2005 per desenvolupar combustibles i productes químics a partir de recursos renovables.[8] En una entrevista sobre emprenedoria va destacar que dur un descobriment al mercat requereix coneixements diferents dels de l’inventor acadèmic. La participació empresarial s’ha recolzat en equips especialitzats i antics investigadors.[17]

El 2013 va cofundar Provivi amb Pedro Coelho i Peter Meinhold. L’empresa desenvolupa feromones per interferir en l’aparellament d’insectes i protegir cultius. La proposta connecta eines biotecnològiques de producció amb una estratègia de gestió de plagues basada en senyals químics, amb un ús que depèn de cada cultiu i producte.[18]

El 2019, Tina Boville, David Romney i Arnold van cofundar Aralez Bio a partir de recerca del laboratori. L’empresa utilitza enzims per produir aminoàcids no canònics, blocs químics que amplien les opcions de síntesi farmacèutica. Boville va explicar el pas del treball postdoctoral a la fabricació i comercialització d’aquests compostos.[19]

Correcció del registre científic

El gener del 2020, Arnold, Inha Cho i Zhi-Jun Jia van signar la retirada d’un article del 2019 sobre síntesi enzimàtica de lactames.[20] Arnold va explicar públicament que el treball no s’havia pogut reproduir i va demanar disculpes. La retirada correspon a aquell estudi concret i forma part del registre de publicacions.[21]

Premis i assessorament científic

Va ser elegida membre de les acadèmies estatunidenques d’Enginyeria el 2000, Medicina el 2004 i Ciències el 2008.[3] Va rebre el Premi Draper del 2011, la Medalla Nacional de Tecnologia i Innovació corresponent al 2011 i la Medalla Priestley del 2025. Els reconeixements destaquen la convergència entre descobriment químic i disseny de processos.[24]

Entre el 2021 i el 2025 va ser copresidenta del Consell d’Assessors de Ciència i Tecnologia de la Presidència estatunidenca.[22] Forma part del consell d’Alphabet.[23] Notre Dame la va distingir amb la Medalla Carrier del 2026, vinculada a una conferència sobre innovació mitjançant evolució i noves capacitats de la química biològica.[26]

Biocatàlisi, substitució de substàncies i exposició laboral

L’evolució dirigida desenvolupada per Arnold permet adaptar enzims a reaccions industrials.[6] L’explicació científica del Nobel situa aquesta aportació en la recerca d’alternatives a processos que poden emprar dissolvents, metalls o àcids agressius.[6]

L’aplicació preventiva és en el disseny del procés: canviar un catalitzador o una ruta de fabricació pot canviar també els agents que manipula una plantilla.

Per valorar una substitució concreta caldria comparar el procés anterior i el nou: substàncies presents, temperatura, operacions obertes, neteja i manteniment, a més del consum o els residus. La pregunta preventiva no és si l’enzim funciona millor, sinó quines exposicions desapareixen i quines apareixen.

L’HSE inclou determinats enzims entre les substàncies que poden causar asma laboral.[7]

Per això, una formulació en pols i un sistema tancat no plantegen necessàriament el mateix escenari. L’aportació d’Arnold obre opcions de disseny; demostrar que una instal·lació és més segura exigeix comprovar-ne les condicions reals, sense assumir que tota biocatàlisi redueix automàticament el risc.

  • Sostenibilitat. El treball connecta amb disseny de processos i sostenibilitat. En prevenció, cal preguntar com canvia una operació quan s’hi introdueix un enzim: substàncies, condicions i exposició s’han d’avaluar específicament abans d’atribuir-hi una millora de seguretat.

Referències

  1. Caltech. Frances H. Arnold
  2. Nobel Prize. Frances H. Arnold: Biographical
  3. Caltech. Frances Arnold awarded National Medal of Technology and Innovation
  4. Caltech Rosen Bioengineering Center. Frances Arnold
  5. Yang, Wu and Arnold. Machine learning-guided directed evolution for protein engineering
  6. Royal Swedish Academy of Sciences. The Nobel Prize in Chemistry 2018: Popular science background. Consulta: 2026-11-07.
  7. Health and Safety Executive. Substances that can cause occupational asthma. Consulta: 2026-11-07.
  8. National Inventors Hall of Fame. Frances Arnold. Consulta: 2026-11-08.
  9. UC Berkeley. Chemistry Nobel goes to UC Berkeley PhD Frances Arnold. Consulta: 2026-11-08.
  10. Princeton University. Women at Princeton Engineering. Consulta: 2026-11-08.
  11. Chen and Arnold / PNAS. Tuning the activity of an enzyme for unusual environments. Consulta: 2026-11-08.
  12. Frances Arnold / Nobel Lecture. Innovation by Evolution: Bringing New Chemistry to Life. Consulta: 2026-11-08.
  13. Kan, Lewis, Chen and Arnold / Science. Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation. Consulta: 2026-11-08.
  14. Caltech. Teaching Nature to Break Man-made Chemical Bonds. Consulta: 2026-11-08.
  15. Caltech. Utilizing Enzymes to Help Treat Tuberculosis. Consulta: 2026-11-08.
  16. Wu and colleagues / PNAS. Machine learning-assisted directed protein evolution with combinatorial libraries. Consulta: 2026-11-08.
  17. Chemical & Engineering News / American Chemical Society. Frances Arnold on founding a company. Consulta: 2026-11-08.
  18. Provivi. Provivi and Syngenta announce product development agreement. Consulta: 2026-11-08.
  19. University of Colorado Boulder. Engineering our Future: Tina Boville. Consulta: 2026-11-08.
  20. Cho, Jia and Arnold / Science. Retraction. Consulta: 2026-11-08.
  21. Retraction Watch / statements by Frances Arnold. Nobel winner retracts paper from Science. Consulta: 2026-11-08.
  22. Fundación Innovación Bankinter. Frances Arnold. Consulta: 2026-11-08.
  23. Alphabet. Board and Governance. Consulta: 2026-11-08.
  24. Caltech. ACS awards Priestley Medal to Frances Arnold. Consulta: 2026-11-08.
  25. Nobel Prize. The Nobel Prize in Chemistry 2018: Press release. Consulta: 2026-11-08.
  26. University of Notre Dame. 2026 Carrier Medal Ceremony and Lecture. Consulta: 2026-11-08.

Informació editorial

Data de publicació: 7 de novembre de 2026.

Responsable editorial: Equip editorial de Sabentis.

Pablo Rodríguez

Revisió editorial per Pablo RodríguezLinkedIn

Vicepresident Executiu de la Fundació Internacional ORP i Chief Financial Officer de Sabentis.

Sol·licita una demo

Descobreix tot el que Sabentis pot fer per la teva organització.

Prova Sabentis

Sol·licita una demo
Estrelles 5
GetApp Software Advice Capterra