在對抗新冠疫情的戰鬥中武裝了科學家的技術，獲得了五項 300 萬美元的突破獎中的兩項——這是科學和數學領域最賺錢的獎項。一項獎項頒給了發現如何將稱為信使 RNA 的遺傳物質偷偷帶入細胞的生物化學家，從而導致了一種新型疫苗的開發。另一項獎項頒給了開發下一代測序技術的化學家，該技術已被用於快速追蹤 SARS-CoV-2 冠狀病毒的變種。該獎項於 9 月 9 日公佈。
伊利諾伊州芝加哥大學的化學生物學家亞穆納·克里希南說：“這兩個獎項的頒發，是為了表彰對世界產生如此巨大影響的研究，從而提升了突破獎的地位。” “它們已經拯救了數百萬人的生命。”
由輝瑞-生物科技合作公司和莫德納公司開發的疫苗，今年已在全球範圍內使用，它們傳遞的 mRNA 指導細胞產生 SARS-CoV-2 的刺突蛋白，從而刺激身體產生抗體。但幾十年來，mRNA 疫苗被認為是不可行的，因為注射 mRNA 會觸發不必要的免疫反應，從而立即分解 mRNA。獲獎者——賓夕法尼亞大學（UPenn）費城分校和德國美因茨生物科技公司的卡塔琳·卡里科，以及同樣在賓夕法尼亞大學的德魯·韋斯曼，他們在 2000 年代中期證明，透過用一種稱為假尿嘧啶的類似分子替換 mRNA 中一種稱為尿嘧啶的分子，可以繞過這種免疫反應。
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哈佛大學馬薩諸塞州劍橋分校的諾貝爾獎獲得者化學生物學家傑克·索斯塔克說：“這項工作獲得瞭如此傑出和及時的獎項，這一切都始於這項工作。”他是莫德納公司的科學顧問。“這特別令人鼓舞，因為早期沒有人相信它會有用。”
多次拒絕
卡里科回憶起 1990 年代圍繞她的工作所產生的懷疑，這導致了多次的撥款提案和論文被拒（包括她現在因此獲得認可的 2005 年的論文），並迫使她降職和減薪。她說：“這當然不是‘超光速’”。卡里科希望將一部分獎金重新投入到未來 mRNA 疫苗和療法的研究中，例如，用於對抗癌症。“我很高興成為為這項[疫苗]做出貢獻的人之一，但令人難以置信的是，幾十年來，在許多領域需要取得多少進展，”卡里科說。“我向參與的數百人致敬。”
英國劍橋大學的香卡·巴拉蘇布拉馬尼安和戴維·克倫曼，以及法國里奧姆的研發公司 Alphanosos 的帕斯卡·梅耶，因在 2000 年代中期發明了一項技術而分享獎項，該技術可以並行成像和讀取數十億個 DNA 片段，從而使測序速度加快了 1000 萬倍。巴拉蘇布拉馬尼安說：“我感到震驚，並深深地榮幸我們獲獎了。”
他回憶起 1990 年代他對人類基因組計劃的興奮之情，該計劃依賴於桑格測序——原始的基因測序方法——一次測序一個 DNA 片段。但他很快意識到，基因測序需要進行“大規模改造，以擴大規模，並使其更快、更便宜，從而為醫療保健帶來好處”。
克里希南將從桑格測序到下一代測序的飛躍比作從萊特兄弟的飛機到波音飛機的飛躍。她指出，快速高效的測序對於基因醫學以及闡明蛋白質結構和動力學的基本進展、CRISPR 基因編輯技術和 RNA 生物學也至關重要。
第三個生命科學獎頒給了加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯研究所的化學生物學家傑弗裡·凱利，以表彰他研究了蛋白質錯誤摺疊在澱粉樣變性中的作用，這是一種會影響包括心臟在內的器官並可能導致神經退行性變的疾病——並開發出有效的治療方法。
完美時機
基礎物理學突破獎由東京大學的光學物理學家香取秀俊和科羅拉多州博爾德美國國家標準與技術研究所的葉軍分享，以表彰他們發明了光晶格時鐘——一種在 150 億年內損失不到一秒的裝置，將時間測量的精度提高了 10,000 倍。
英國泰丁頓國家物理實驗室的光學物理學家海倫·馬戈利斯說，該獎項“實至名歸”。
以前最先進的銫原子鐘是基於測量原子在兩個能級之間躍遷時發出的微波而設計的——這一過程是透過使原子雲下降並用微波轟擊它們來觸發的。而光晶格時鐘則用光照射鍶原子，並測量發出的光，其頻率比微波高 10 萬倍。葉軍說：“這意味著你可以測量更快的滴答聲。”
這些時鐘還使用雷射器將數千個原子靜止地保持在晶格結構中，以獲得更高的精度——但這提出了一個新的挑戰。葉軍說：“捕獲原子的行為本身會擾亂它。” 每個能態通常會被不同程度地扭曲。一個關鍵的技巧是找到兩個恰好被擾亂相同量的能態，這樣當測量它們之間的差異時，這種扭曲就會被抵消。
馬戈利斯說，由於其更高的精度和穩定性，“光晶格時鐘可以用來探測以前從未見過的效應”。2020 年，香取和他的同事報告了一項工作，他們使用了兩個時鐘，一個放置在東京晴空塔的底部，另一個放置在塔頂 450 米以上的地方，從而進行了迄今為止最精確的基於地面的廣義相對論測試。同時，葉軍的團隊正在尋找一種特定的暗物質候選者——被認為構成宇宙中大部分物質的神秘物質——對光學時鐘的滴答聲的影響。這種時鐘還可以幫助改進地震和火山活動的早期檢測，以及海平面上升的精確測量。
數學突破獎頒給了日本京都大學的望月拓郎，以表彰他擴充套件了對稱為“完整 D 模”的代數結構的理解——它與某些型別的微分方程相關——以處理正在研究的方程未定義時的點。
俄羅斯以色列億萬富翁尤里·米爾納於 2012 年創立了突破獎。該獎項現在由米爾納和其他網際網路企業家贊助，包括 Facebook 執行長馬克·扎克伯格。
本文經許可轉載，並於 2021 年 9 月 9 日首次發表。