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今日，科学突破奖基金会宣布了2023科学突破奖（Breakthrough Prize）的获奖名单。科学突破奖有“科学界的奥斯卡”之称，它表彰在生命科学、基础物理学和数学方面的突破性成就。今年有6位科学家获得生命科学科学突破奖。他们分别是DeepMind团队的Demis Hassabis博士和John Jumper博士；普林斯顿大学的Clifford P. Brangwynne博士和马普分子细胞生物学和遗传学研究所的Anthony A. Hyman博士；斯坦福大学的Emmanuel Mignot博士和筑波大学的Masashi Yanagisawa博士。

科学突破奖是一项全球性科学奖项，由谷歌共同创始人Sergey Brin先生、俄罗斯企业家Yuri Milner与Julia Milner夫妇、Facebook共同创始人Mark Zuckerberg及Priscilla Chan夫妇、23andMe共同创始人Anne Wojcicki女士联合创建。今年，科学突破奖总计将颁发1575万美元奖金，支持科学家们致力于解决最重大和最基本的科学问题。

Demis Hassabis（左）和John Jumper（右）

开发深度学习人工智能手段，基于氨基酸序列迅速和精准地预测蛋白质的三维结构

Demis Hassabis和John Jumper博士领导的DeepMind团队设计了AlphaFold人工智能（AI）系统。这一AI系统成功破解了生物学50年来的重大难题——蛋白折叠问题，能够根据蛋白质的氨基酸序列精确地预测其三维结构。

在2020年获得突破后，仅半年的时间，DeepMind和欧洲生物信息研究所（EMBL-EBI）合作，在一篇《自然》论文中发布了由AlphaFold预测的蛋白结构数据库，涵盖了人类和20种常用模式生物的35万个蛋白质结构，并且对98.5%的人类蛋白质结构进行了准确预测。人工智能预测蛋白质结构领域的一系列突破，也被《科学》评为2021年的年度科学突破。今年7月，这一合作团队宣布，AlphaFold已经预测出超过100万个物种的2.14亿个蛋白质结构，几乎涵盖了地球上所有已知蛋白质。

▲AlphaFold预测的蛋白质结构，涵盖了大量动植物及微生物物种 （图片来源：DeepMind；参考资料[3]）

新闻稿指出，这一突破不但能够将科学家们花费在确定蛋白结构的时间从几个月到几年缩短到几小时甚至几分钟，而且能够助力药物设计、纳米材料、合成生物学、以及对细胞过程的根本理解等多个领域，具有巨大的前景。

Anthony Hyman（左）和Clifford Brangwynne（右）

发现蛋白和RNA等生物大分子通过相分离，聚集成为无细胞膜液滴的调节机制

长久以来，科学家们一直以为，细胞内的大部分生理过程发生在由细胞膜包裹的细胞器里。然而Anthony Hyman和Clifford Brangwynne博士的发现颠覆了这一认知。他们的研究描述了蛋白和其它生物大分子可以通过相分离构成液体一样的凝聚体（condensates），就好像将油和水混在一起剧烈晃动可以在水中产生小油滴一样。这些无细胞膜的液体凝聚体在信号传递、细胞分裂、DNA调控等多种细胞过程中发挥作用。

新闻稿指出，这一发现带来我们对细胞组织构架的理解根本上的突破，在未来的临床应用可能用于治疗渐冻症（ALS）等神经退行性疾病。

生物分子凝聚体近年来也受到药物开发领域的强烈关注，2020年末至2021年初，多家致力于生物分子凝聚体药物开发的初创公司闪亮登场，辉瑞、诺华、礼来、艾伯维等大型药企也通过投资和合作在这一领域布局。

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Emmanuel Mignot（左）和Masashi Yanagisawa（右）

发现嗜睡症的发病机理，为开发治疗睡眠疾病的创新疗法铺平道路

嗜睡症（nacrolepsy）是一种神经退行性疾病，Emmanuel Mignot和Masashi Yanagisawa博士的实验室各自的独立研究，共同指出了这一疾病病因的新理解。他们发现这一疾病的关键是一种称为食欲素（orexin）的蛋白，这种蛋白能够刺激多种导致觉醒的信号通路。人类嗜睡症的产生是由于免疫系统错误攻击生成食欲素的神经细胞，导致食欲素水平下降。

▲食欲素刺激多重促进觉醒的信号通路（图片来源：参考资料[2]）

Emmanuel Mignot和Masashi Yanagisawa博士的研究催生了多种靶向食欲素和食欲素受体的创新疗法。它们不但可以用于缓解嗜睡症的症状，还可以用于帮助睡眠。

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在生命科学科学突破奖之外，IBM托马斯·J·沃森研究中心的Charles H. Bennett博士，蒙特利尔大学的Gilles Brassard博士，牛津大学的David Deutsch博士和麻省理工学院的Peter W. Shor博士因为在量子信息和量子计算方面的奠基工作获得了基础物理学科学突破奖。

量子计算正在成为生物医药研发的新兴领域，日前，诺和诺德基金会斥资2亿美元，计划构建首台用于新药开发的量子计算机。

耶鲁大学的Daniel A. Spielman博士因为在理论计算科学和数学方面的突破性贡献，获得数学科学突破奖。

获奖者图片来自各自工作机构官网，题图来自123RF

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参考资料：

[1] WINNERS OF THE 2023 BREAKTHROUGH PRIZES IN LIFE SCIENCES, MATHEMATICS AND FUNDAMENTAL PHYSICS ANNOUNCED. Retrieved September 22, 2022, from https://breakthroughprize.org/News/73

[2] Idorsia Company Presentation. Retrieved April 19, 2020, from https://www.idorsia.com/documents/com/fact-sheets-presentations/idorsia-company-presentation.pdf

[3] AlphaFold reveals the structure of the protein universe. Retrieved July 28, 2022 from https://www.deepmind.com/blog/alphafold-reveals-the-structure-of-the-protein-universe

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