文／本刊記者 陳 杰

最近幾天，2020年諾貝爾獎(jiǎng)成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。盡管受疫情影響，今年的獎(jiǎng)項(xiàng)公布以線上形式進(jìn)行，但依然沒有降低人們對(duì)諾獎(jiǎng)的期待。從目前已經(jīng)揭曉的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、物理學(xué)獎(jiǎng)以及化學(xué)獎(jiǎng)來(lái)看，獎(jiǎng)項(xiàng)可謂實(shí)至名歸。丙肝病毒的發(fā)現(xiàn)、黑洞研究、基因編輯技術(shù)，這些科學(xué)研究人們并不陌生，有的成果已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，極大地改善了人類的健康和生活。

丙肝病毒發(fā)現(xiàn)者“捕獲”生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

人類的生存發(fā)展史也是一部與病毒的“斗爭(zhēng)史”。肝炎就是人類健康長(zhǎng)期面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。所幸的是，經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的探索，人類已摸清幾種肝炎病毒的“全貌”，并開發(fā)出有效的預(yù)防和治療手段。今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)就授予了在發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒方面作出卓越貢獻(xiàn)的三位“病毒獵手”——哈維·阿爾特（Harvey J. Alter）、邁克爾·霍頓（Michael Houghton）和查爾斯·賴斯（Charles M.Rice）。

血源性肝炎具有高發(fā)病率和高致死率，每年造成全球百萬(wàn)人以上死亡，還會(huì)引發(fā)肝硬化和肝癌，給患者帶來(lái)更多難以忍受的長(zhǎng)期病痛。

早在20世紀(jì)40年代，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了兩種主要的病毒性肝炎。其中，甲型肝炎主要通過(guò)被污染的水或食物傳播，病程較為急性，對(duì)病人長(zhǎng)期影響相對(duì)較?。欢硪环N肝炎主要通過(guò)血液和體液傳播，會(huì)導(dǎo)致慢性感染，最后發(fā)展為肝硬化和肝癌，是更嚴(yán)重的威脅。這種慢性肝炎還特別“狡猾”，會(huì)悄悄感染健康人，多年后才引發(fā)嚴(yán)重并發(fā)癥。

阿爾特和同事進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這種未知病原體還具有病毒的特征。他們因此定義這種慢性病毒性肝炎為“非甲型非乙型”肝炎。接下來(lái)，明確鑒定出這種新型肝炎病毒至關(guān)重要?？茖W(xué)家為此努力了10年，傳統(tǒng)病毒“獵捕”方法均以失敗告終，直至霍頓通過(guò)對(duì)感染者血清抗體的分析成功確認(rèn)了新型病毒的存在。霍頓和同事發(fā)現(xiàn)，這是一種新型的核糖核酸（RNA）病毒，命名為丙型肝炎病毒。

賴斯的貢獻(xiàn)在于回答了另一個(gè)重要問(wèn)題：僅病毒本身就能引發(fā)肝炎嗎？為解答該問(wèn)題，科學(xué)家需要研究病毒是否能夠復(fù)制并引發(fā)疾病。賴斯和同事利用基因工程技術(shù)，制造了包含這一未知區(qū)域的丙肝病毒RNA變異體，并將其注射到黑猩猩肝臟中。隨后，黑猩猩血液中檢測(cè)出病毒，其病理變化也與人類慢性肝炎患者相似。至此，科學(xué)家們找到了丙肝病毒導(dǎo)致血源性肝炎的全部證據(jù)。

評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)當(dāng)天在新聞公報(bào)中說(shuō)，得益于三位獲獎(jiǎng)?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)，如今已可以通過(guò)高靈敏度血液檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)丙肝病毒，基本消除了許多地方的“輸血后肝炎”，大大改善了全球健康狀況。他們的發(fā)現(xiàn)還加速了抗丙肝病毒藥物研發(fā)，并在人類歷史上首次治愈了丙肝，為在全世界人口中根除這種慢性肝炎帶來(lái)希望。

“丙型肝炎是少數(shù)能夠通過(guò)藥物治愈的慢性病毒性傳染病?！鼻迦A大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授張林琦說(shuō)，對(duì)于一個(gè)慢性病毒感染，可以通過(guò)抗病毒藥物治療的方法，使其從感染者體內(nèi)清除，達(dá)到根治和治愈的目的，是非常困難的。三位獲獎(jiǎng)?wù)呷〉玫某煽?jī)正是為此奠定了科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)，是臨床和基礎(chǔ)研究有機(jī)整合的完美體現(xiàn)。

黑洞研究終于“鎖定”物理學(xué)獎(jiǎng)

今年諾貝爾物理獎(jiǎng)的揭曉讓人頗感意外。這是近四年來(lái)，第三次頒給天體物理學(xué)。

2020年，三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最奇異的現(xiàn)象之一——黑洞而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯（Roger·Penrose）研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)論理論有力預(yù)測(cè)了黑洞的形成；德國(guó)科學(xué)家萊因哈德·根澤爾（Reinhard·Genzel）和美國(guó)安德里亞·蓋茲（Andrea·Ghez）則發(fā)現(xiàn)，一個(gè)隱形且極重的物體，控制著我們銀河系中心恒星的軌道，而超大質(zhì)量黑洞則是目前唯一已知的解釋。

其實(shí)，在天文學(xué)家看來(lái)黑洞研究獲諾獎(jiǎng)卻是眾望所歸，大家已經(jīng)期待了幾十年。“因?yàn)闊o(wú)論作為廣義相對(duì)論的一個(gè)最主要預(yù)言，還是作為天體物理領(lǐng)域的最重要進(jìn)展，黑洞研究確實(shí)應(yīng)該獲得諾獎(jiǎng)了?！敝袊?guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南如是表示。

愛因斯坦提出的廣義相對(duì)論顛覆了傳統(tǒng)的空間和時(shí)間概念。他的方程式預(yù)言了黑洞的存在：大質(zhì)量的天體會(huì)使空間彎曲、時(shí)間減慢，一個(gè)超大質(zhì)量的天體甚至能吞噬光線，從而形成一片“絕對(duì)黑暗”的空間，這就是黑洞。值得一提的是，愛因斯坦本人并不相信黑洞真的可以存在。

然而，在愛因斯坦去世10年后，彭羅斯用巧妙的數(shù)學(xué)方法論證了黑洞可以形成，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)描述，他的這篇開創(chuàng)性的論文發(fā)表于1965年1月，至今仍被認(rèn)為是自愛因斯坦以來(lái)對(duì)廣義相對(duì)論最重要的貢獻(xiàn)。

“雖然羅杰·彭羅斯不是最早預(yù)言黑洞存在的人，但是他卻是第一個(gè)從理論上證明黑洞穩(wěn)定存在的人，物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給他可謂實(shí)至名歸?！敝袊?guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員陸由俊說(shuō)。

除了在理論上證明黑洞存在，羅杰·彭羅斯還和霍金一起證明了奇點(diǎn)定理。該定理認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)時(shí)間和空間消失、物質(zhì)密度無(wú)限大的奇點(diǎn)?，F(xiàn)在，黑洞的中心存在奇點(diǎn)已成為科學(xué)界的普遍認(rèn)識(shí)。

而根澤爾和蓋茲分別領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究小組，自上世紀(jì)90年代初以來(lái)一直試圖透過(guò)塵埃云觀測(cè)銀河系中央一個(gè)名為“射手座A＊”的區(qū)域。兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在數(shù)十年如一日的觀測(cè)后得出一致結(jié)論：銀河系中心存在一個(gè)質(zhì)量非常大且看不見的天體，在不超過(guò)太陽(yáng)系的空間中聚集了約400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量，使周邊恒星急速旋轉(zhuǎn)。對(duì)這個(gè)看不見的天體，目前唯一合理的解釋就是它是一個(gè)黑洞。

2019年4月10日，由全球8臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡組合而成的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目，拍攝到人類歷史上第一張黑洞照片。被拍到的這個(gè)黑洞位于一個(gè)名為M87的星系中央，其質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍。在不久的將來(lái)，銀河系中央的黑洞“真容”可能也會(huì)顯露。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)主席戴維·哈維蘭德在頒獎(jiǎng)儀式上表示，今年獲獎(jiǎng)?wù)邆兊陌l(fā)現(xiàn)為研究致密和超大質(zhì)量天體開辟了新天地。但這些奇特的物體仍然提出了許多有待進(jìn)一步解答的問(wèn)題，并激發(fā)未來(lái)的研究?！安粌H有關(guān)于它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，還有關(guān)于如何在緊鄰黑洞的極端條件下測(cè)試我們的引力理論的問(wèn)題”。

兩名基因剪刀手“包攬”化學(xué)獎(jiǎng)

幾乎所有人都認(rèn)為CRISPR-Cas9會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)，懸念只是什么時(shí)候獲得，以及誰(shuí)會(huì)得獎(jiǎng)。

2020年10月7日，懸念揭曉。法國(guó)生物化學(xué)家?，敿~埃爾·沙爾龐捷（Emmanuelle Charpentier）和美國(guó)化學(xué)家珍妮弗·杜德納（Jennifer A. Doudna），這對(duì)女搭檔在《科學(xué)》雜志發(fā)表具有里程碑意義的論文僅僅8年后，就斬獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

沙爾龐捷在對(duì)化膿性鏈球菌——一種對(duì)人類造成最大傷害的細(xì)菌進(jìn)行深入研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前未知的分子tracrRNA。她的研究表明tracrRNA是細(xì)菌古老的免疫系統(tǒng)CRISPRCas的一部分，該系統(tǒng)通過(guò)切割DNA來(lái)解除病毒的武裝。

2011年，沙爾龐捷發(fā)表了這一研究。同年，她開始與擁有豐富RNA知識(shí)的資深生物化學(xué)家珍妮弗·杜德納攜手合作，偶然注意到在一種名叫Cas9的蛋白加持下，CRISPR才能顯示出它作為基因組編輯工具的強(qiáng)大潛力。這兩位女性科學(xué)家成功地在試管中重建了細(xì)菌的遺傳剪刀——CRISPR-Cas9，并簡(jiǎn)化了這一剪刀的分子成分，使其更易于使用。隨后，她們對(duì)這一遺傳剪刀進(jìn)行了重新編程——這是一個(gè)具有劃時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)。這一剪刀天生就能識(shí)別病毒中的DNA，但沙爾龐捷和杜德納證明可以對(duì)其進(jìn)行控制，使她們能“定點(diǎn)”對(duì)DNA進(jìn)行切割，而在DNA被切割的地方，科學(xué)家們可以更容易改寫生命的密碼。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授魏文勝表示，從論文發(fā)出到獲得諾獎(jiǎng)，時(shí)間并不長(zhǎng)，這也說(shuō)明CRISPR技術(shù)過(guò)于強(qiáng)大，已經(jīng)被認(rèn)可，是毫無(wú)爭(zhēng)議的革命性技術(shù)。

自CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)誕生以來(lái)，科學(xué)家們對(duì)其進(jìn)行了大量的優(yōu)化與改造。一方面，現(xiàn)在的CRISPR基因編輯技術(shù)可以變得更精準(zhǔn)，帶來(lái)更少的脫靶效應(yīng)（指修改了不應(yīng)修改的基因）；另一方面，CRISPR系統(tǒng)也已經(jīng)超越了DNA，能夠?qū)NA進(jìn)行有效編輯。

此外，初代的CRISPR技術(shù)涉及DNA雙鏈的斷裂，會(huì)引起潛在的風(fēng)險(xiǎn)。如今，科學(xué)家們基于CRISPR體系，已經(jīng)開發(fā)出了“單堿基”基因編輯系統(tǒng)，能夠?qū)蜻M(jìn)行“微調(diào)”。如果說(shuō)以前的基因編輯，是把書的一頁(yè)紙撕下，再粘上一頁(yè)新的紙的話，這種“單堿基”基因編輯系統(tǒng)，就好像是把書頁(yè)上的錯(cuò)別字給單獨(dú)修改，有著更高的精度。

正如諾貝爾委員會(huì)在官方頒獎(jiǎng)詞中表示：“借助這些技術(shù)，研究人員可以非常精準(zhǔn)地改變動(dòng)物、植物和微生物的DNA。CRISPR-Cas9基因剪刀徹底改變了分子生命科學(xué)，為植物育種帶來(lái)了新機(jī)遇，有望催生創(chuàng)新性癌癥療法，并可能使治愈遺傳性疾病這一人類夢(mèng)想美夢(mèng)成真?！?/p>