在对抗新冠疫情的战斗中武装了科学家的技术，获得了五项 300 万美元的突破奖中的两项——这是科学和数学领域最赚钱的奖项。一项奖项颁给了发现如何将称为信使 RNA 的遗传物质偷偷带入细胞的生物化学家，从而导致了一种新型疫苗的开发。另一项奖项颁给了开发下一代测序技术的化学家，该技术已被用于快速追踪 SARS-CoV-2 冠状病毒的变种。该奖项于 9 月 9 日公布。
伊利诺伊州芝加哥大学的化学生物学家亚穆纳·克里希南说：“这两个奖项的颁发，是为了表彰对世界产生如此巨大影响的研究，从而提升了突破奖的地位。” “它们已经拯救了数百万人的生命。”
由辉瑞-生物科技合作公司和莫德纳公司开发的疫苗，今年已在全球范围内使用，它们传递的 mRNA 指导细胞产生 SARS-CoV-2 的刺突蛋白，从而刺激身体产生抗体。但几十年来，mRNA 疫苗被认为是不可行的，因为注射 mRNA 会触发不必要的免疫反应，从而立即分解 mRNA。获奖者——宾夕法尼亚大学（UPenn）费城分校和德国美因茨生物科技公司的卡塔琳·卡里科，以及同样在宾夕法尼亚大学的德鲁·韦斯曼，他们在 2000 年代中期证明，通过用一种称为假尿嘧啶的类似分子替换 mRNA 中一种称为尿嘧啶的分子，可以绕过这种免疫反应。
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哈佛大学马萨诸塞州剑桥分校的诺贝尔奖获得者化学生物学家杰克·索斯塔克说：“这项工作获得了如此杰出和及时的奖项，这一切都始于这项工作。”他是莫德纳公司的科学顾问。“这特别令人鼓舞，因为早期没有人相信它会有用。”
多次拒绝
卡里科回忆起 1990 年代围绕她的工作所产生的怀疑，这导致了多次的拨款提案和论文被拒（包括她现在因此获得认可的 2005 年的论文），并迫使她降职和减薪。她说：“这当然不是‘超光速’”。卡里科希望将一部分奖金重新投入到未来 mRNA 疫苗和疗法的研究中，例如，用于对抗癌症。“我很高兴成为为这项[疫苗]做出贡献的人之一，但令人难以置信的是，几十年来，在许多领域需要取得多少进展，”卡里科说。“我向参与的数百人致敬。”
英国剑桥大学的香卡·巴拉苏布拉马尼安和戴维·克伦曼，以及法国里奥姆的研发公司 Alphanosos 的帕斯卡·梅耶，因在 2000 年代中期发明了一项技术而分享奖项，该技术可以并行成像和读取数十亿个 DNA 片段，从而使测序速度加快了 1000 万倍。巴拉苏布拉马尼安说：“我感到震惊，并深深地荣幸我们获奖了。”
他回忆起 1990 年代他对人类基因组计划的兴奋之情，该计划依赖于桑格测序——原始的基因测序方法——一次测序一个 DNA 片段。但他很快意识到，基因测序需要进行“大规模改造，以扩大规模，并使其更快、更便宜，从而为医疗保健带来好处”。
克里希南将从桑格测序到下一代测序的飞跃比作从莱特兄弟的飞机到波音飞机的飞跃。她指出，快速高效的测序对于基因医学以及阐明蛋白质结构和动力学的基本进展、CRISPR 基因编辑技术和 RNA 生物学也至关重要。
第三个生命科学奖颁给了加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的化学生物学家杰弗里·凯利，以表彰他研究了蛋白质错误折叠在淀粉样变性中的作用，这是一种会影响包括心脏在内的器官并可能导致神经退行性变的疾病——并开发出有效的治疗方法。
完美时机
基础物理学突破奖由东京大学的光学物理学家香取秀俊和科罗拉多州博尔德美国国家标准与技术研究所的叶军分享，以表彰他们发明了光晶格时钟——一种在 150 亿年内损失不到一秒的设备，将时间测量的精度提高了 10,000 倍。
英国泰丁顿国家物理实验室的光学物理学家海伦·马戈利斯说，该奖项“实至名归”。
以前最先进的铯原子钟是基于测量原子在两个能级之间跃迁时发出的微波而设计的——这一过程是通过使原子云下降并用微波轰击它们来触发的。而光晶格时钟则用光照射锶原子，并测量发出的光，其频率比微波高 10 万倍。叶军说：“这意味着你可以测量更快的滴答声。”
这些时钟还使用激光器将数千个原子静止地保持在晶格结构中，以获得更高的精度——但这提出了一个新的挑战。叶军说：“捕获原子的行为本身会扰乱它。” 每个能态通常会被不同程度地扭曲。一个关键的技巧是找到两个恰好被扰乱相同量的能态，这样当测量它们之间的差异时，这种扭曲就会被抵消。
马戈利斯说，由于其更高的精度和稳定性，“光晶格时钟可以用来探测以前从未见过的效应”。2020 年，香取和他的同事报告了一项工作，他们使用了两个时钟，一个放置在东京晴空塔的底部，另一个放置在塔顶 450 米以上的地方，从而进行了迄今为止最精确的基于地面的广义相对论测试。同时，叶军的团队正在寻找一种特定的暗物质候选者——被认为构成宇宙中大部分物质的神秘物质——对光学时钟的滴答声的影响。这种时钟还可以帮助改进地震和火山活动的早期检测，以及海平面上升的精确测量。
数学突破奖颁给了日本京都大学的望月拓郎，以表彰他扩展了对称为“完整 D 模”的代数结构的理解——它与某些类型的微分方程相关——以处理正在研究的方程未定义时的点。
俄罗斯以色列亿万富翁尤里·米尔纳于 2012 年创立了突破奖。该奖项现在由米尔纳和其他互联网企业家赞助，包括 Facebook 首席执行官马克·扎克伯格。
本文经许可转载，并于 2021 年 9 月 9 日首次发表。