盘点：2023年生命科学突破奖解读

每年，在生命科学和医学领域，一些重要的评奖都会陆续展开，以表彰在这个领域作出重要贡献的科学家。在这些评奖中，科学突破奖（Breakthrough Prizes）广为人所知。

科学突破奖被誉为“科学界的奥斯卡”，旨在表彰全球顶尖物理、数学和生命科学家的研究成果。它是在2012年由俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳夫妇设立，现由谷歌联合创始人谢尔盖·布林、脸书联合创始人马克·扎克伯格夫妇、腾讯公司联合创始人马化腾、尤里·米尔纳夫妇，以及基因技术公司23andMe联合创始人安妮·沃西基等知名实业家赞助。科学突破奖奖项有生命科学突破奖、基础物理学突破奖、数学突破奖、物理学新视野奖、数学新视野奖以及青年挑战突破奖。“科学突破奖”单项奖金高达300万美元，远超诺贝尔奖，堪称科学界“第一巨奖”。

2022年9月22日，2023年科学突破奖颁发，其中生命科学突破奖获得者为美国普林斯顿大学的Clifford P. Brangwynne和德国马克思-普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所的Anthony A. Hyman（获奖原因在于发现蛋白和RNA通过相分离形成无膜液滴的基本机制）、谷歌旗下前沿人工智能企业DeepMind的Demis Hassabis和John Jumper（获奖原因在于开发可以快速准确地根据氨基酸序列预测蛋白三维结构的深度学习人工智能方法AlphaFold）、美国斯坦福大学医学院的Emmanuel Mignot和日本筑波大学的Masashi Yanagisawa（发现嗜睡症是由一小部分产生促进清醒物质的脑细胞的损失引起的，这为开发针对睡眠障碍的新疗法铺平了道路）。

在生命科学领域，Hassabis和Jumper是人工智能系统AlphaFold 2的领导者，该系统在很大程度上解决了蛋白结构预测的问题---这是生物学中最大的挑战之一。蛋白是让细胞运转的纳米机器，根据氨基酸序列预测蛋白的三维结构对于理解生命运作至关重要。Hassabis和Jumper与他们在DeepMind的团队一起，构思并构建了一种深度学习人工智能系统，它能够准确、快速地对蛋白的结构进行建模。AlphaFold已经对生命科学产生了革命性的影响：今年夏天，DeepMind将2亿种蛋白的结构---几乎是整个生命树上所有已知的蛋白---上传到一个公共数据库。这种人工智能程序将科学家通常用于确定蛋白结构的时间从几个月或几年减少到几小时或几分钟。从药物设计到合成生物学、纳米材料和对细胞过程的基本理解，它具有巨大的未来利益前景。

在此之前，人们一直认为细胞中的大部分工作是在细胞器------细胞中由膜包围的特殊区室---中进行的。但是Hyman和Brangwynne发现了一种全新的物理原理，即在没有膜的情况下，蛋白和其他生物分子之间的细胞相互作用。他们描述了通过相分离迅速形成的动态液体状液滴--类似于在水中形成的油滴，由此产生免受含水细胞内部分子混乱影响的临时结构。自从这一发现公布以来，他们和其他人已经发现，这些无膜的液态凝集物（也称为无膜细胞器）在许多细胞过程中发挥着作用，包括信号传递、细胞分裂、细胞核内核仁的嵌套结构以及DNA调节。他们的发现是我们对细胞内部结构理解的一个根本性进步，并有可能在未来导致临床应用，包括对诸如肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）之类的神经退行性疾病。

在此之前，人们另一种称为嗜睡症（narcolepsy）的神经退行性疾病的病因几乎一无所知。Mignot和Yanagisawa分别在各自的实验室，开展着不同的研究项目，对这种疾病的病因有了新的认识。他们发现这种疾病的核心是蛋白食欲素（orexin，也称为hypocretin，即下丘脑泌素），它通常起着调节清醒的作用。在诸如狗之类的一些动物中，嗜睡症是由影响食欲素结合的神经受体的突变引起的；而在人类中，这种疾病是由免疫系统攻击产生食欲素的细胞（可能“误认为”它是病毒颗粒）引发的。Mignot和Yanagisawa的发现导致了缓解嗜睡症症状的治疗方法，同时也使诱导睡眠的药物设计成为可能。他们揭示了嗜睡症是一种源于自身免疫的神经退行性疾病，并提出了其他神经退行性疾病可能是由神经元的选择性丧失引起的。此外，他们揭示了睡眠和觉醒的核心机制，这是一个仍有许多谜团的行为领域。

谢尔盖·布林说，“神经退行性疾病的突破、量子计算、人工智能解决蛋白结构等。这些都是值得庆祝的不可思议的进步。”

马克·扎克伯格夫妇说，“祝贺所有科学突破奖获得者，他们令人难以置信的发现将为科学发现铺平道路并刺激创新。这些获奖者和早期职业科学家正在推动研究和科学的发展，我们很高兴能表彰他们的成就。”

尤里·米尔纳说，“今天受到表彰的获奖者体现了基础科学的非凡力量，既揭示了关于宇宙的深刻真理，又改善了人类生活。”

安妮·沃西基说，“2023年的获奖者创造了绝对一流的科学。研究工作中所蕴含的创造力、独创性和坚韧不拔的精神令人惊叹。”

参考文献：

1. Winners of the 2023 breakthrough prize in life sciences, fundamental physics and mathematics announced

https://breakthroughprize.org/News/73

2. Nature：利用人工智能系统Alphafold发布最完整的预测人类蛋白质三维结构数据库

https://www.bioon.com/article/6789236.html

3.三篇Science论文指出人工智能可以比以前更准确和更快速地用来构建蛋白分子

https://news.bioon.com/article/d8dfe3983344.html