（本刊綜合）

丙型肝炎的發(fā)病機(jī)制是什么，黑洞是如何被發(fā)現(xiàn)的，基因剪刀如何開(kāi)啟生命科學(xué)研究新時(shí)代……10月初，2020年諾貝爾獎(jiǎng)三大自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)得主陸續(xù)揭曉，8位科學(xué)家分別獲得生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)解決了什么問(wèn)題？解決這些問(wèn)題的價(jià)值何在？

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：捕獲狡猾病毒的“獵手”

相比耳熟能詳?shù)募赘闻c乙肝病毒，大家可能對(duì)丙型肝炎病毒不太了解。而今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)3位得主哈維·阿爾特、邁克爾·霍頓與查爾斯·賴(lài)斯的獲獎(jiǎng)理由就是發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒。那么，發(fā)現(xiàn)這個(gè)并不“出眾”的病毒，有什么了不起？

在上述3位科學(xué)家的研究之前，人們已大致掌握了病毒性肝炎發(fā)生及未來(lái)引起肝硬化甚至肝癌的途徑，但除了已知的甲型、乙型肝炎外，仍有一部分血源性肝炎無(wú)法解釋其機(jī)制。

1974年，一例輸血后出現(xiàn)的非甲非乙型肝炎病例引發(fā)社會(huì)關(guān)注。隨后，阿爾特證實(shí)：一些接受輸血的人會(huì)患上并非由甲型或乙型肝炎病毒引起的肝炎，這表明另一種感染源是罪魁禍?zhǔn)住?/p>

此后15年間，許多研究人員試圖探究真相。直到1989年，邁克爾·霍頓與同事們利用分子生物學(xué)方法，終于找到引起這種不明原因肝炎的癥結(jié)——是一種病毒，并成功分析出病毒基因序列，克隆了該種病毒，將其命名為丙型肝炎病毒。

然而，單是病毒就能導(dǎo)致肝炎嗎？為回答這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們必須研究克隆的病毒能否復(fù)制并導(dǎo)致疾病。對(duì)此，另一位科學(xué)家賴(lài)斯給出了最終證明：?jiǎn)问潜透窝撞《揪涂梢詫?dǎo)致不明原因的輸血傳播性肝炎病例。

事實(shí)上，丙型肝炎病毒異?！敖苹?，它可在體內(nèi)潛藏10年至20年，約80%急性丙肝患者沒(méi)有癥狀，漏診率高達(dá)90%。而肝癌又與病毒性肝炎關(guān)系密切。2017年，世界衛(wèi)生組織把丙肝病毒列入一類(lèi)致癌物清單。

這3位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)讓直接作用于丙肝的抗病毒藥物研發(fā)與血液檢測(cè)成為可能。2013年起，隨著一系列新藥問(wèn)世，丙肝正式進(jìn)入完全治愈時(shí)代，目前已有數(shù)百萬(wàn)丙肝患者的生命得到挽救。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：揭開(kāi)銀河系中心最黑暗的秘密

黑洞“吸”走了今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。獎(jiǎng)項(xiàng)一半授予羅杰·彭羅斯，另一半授予萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲，前者是因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)了黑洞的形成”，后者則因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞”。

愛(ài)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(xiàn)，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(ài)因斯坦本人并不相信黑洞真的可以存在。

然而，在愛(ài)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：在黑洞的核心隱藏著一個(gè)奇點(diǎn)，它的時(shí)空曲率無(wú)窮大，密度也趨于無(wú)限大。一旦物質(zhì)開(kāi)始坍縮，就沒(méi)有什么能阻止坍縮的繼續(xù)，所有物質(zhì)只能沿一個(gè)方向走向奇點(diǎn)。這是一條通往時(shí)間盡頭的“單行道”。

彭羅斯這篇開(kāi)創(chuàng)性的論文發(fā)表于1965年1月，至今仍被認(rèn)為是自愛(ài)因斯坦以來(lái)對(duì)廣義相對(duì)論最重要的貢獻(xiàn)。現(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)。

根澤爾和格茲的研究則圍繞黑洞周?chē)奶祗w展開(kāi)。 從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始，兩人各自領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)天文學(xué)家小組，開(kāi)始探索銀河系中心一個(gè)叫作人馬座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(jiàn)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(jiàn)的天體，目前唯一合理的解釋就是它是一個(gè)黑洞。

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(kāi)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。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：重寫(xiě)生命密碼的工具

2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予法國(guó)女科學(xué)家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和美國(guó)女科學(xué)家珍妮弗·道德納，以表彰她們?cè)诨蚪M編輯方法研究領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。這里的基因組編輯方法，指的正是當(dāng)下熱門(mén)的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。

脫氧核糖核酸（DNA）是重要遺傳物質(zhì)，它呈螺旋互繞的雙鏈結(jié)構(gòu)，在DNA鏈條上含有遺傳信息、具有某種功能的DNA片段就是基因。基因編輯技術(shù)可以斷開(kāi)DNA鏈條，對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)，然后重新連接。由于對(duì)DNA鏈條有剪斷操作，因此該技術(shù)被形象地稱(chēng)為“基因剪刀”。

基因編輯技術(shù)在20世紀(jì)90年代就已出現(xiàn)，但曾經(jīng)非常耗時(shí)，甚至難以完成。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，可在幾周內(nèi)改變DNA。

CRISPR全名為“成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列”，是細(xì)菌防御病毒侵入的一種機(jī)制。2012年法國(guó)科學(xué)家?，敿~埃勒·沙爾龐捷和美國(guó)科學(xué)家珍妮弗·道德納發(fā)表研究指出，她們開(kāi)發(fā)出CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)隨后成為生物醫(yī)學(xué)史上第一種可高效、精確、程序化修改細(xì)胞基因組包括人類(lèi)基因組的工具。

相比此前的技術(shù)，CRISPR/Cas9技術(shù)具有成本低、易上手、效率高等優(yōu)勢(shì)，使得對(duì)基因的修剪改造“普通化”，因此風(fēng)靡整個(gè)生物學(xué)界。

就像在科學(xué)領(lǐng)域時(shí)常發(fā)生的“偶然”那樣，“基因剪刀”的發(fā)現(xiàn)過(guò)程也出乎意料。沙爾龐捷在研究化膿性鏈球菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種未知分子——tracrRNA。研究顯示，tracrRNA是細(xì)菌的古老免疫系統(tǒng)“CRISPR/Cas”的一部分，能通過(guò)切割病毒的DNA來(lái)使病毒“繳械”，從而消除其危害。

沙爾龐捷2011年發(fā)表了上述研究成果。同年，她與道德納開(kāi)始合作研究。在一次具有劃時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)中，她們對(duì)“基因剪刀”進(jìn)行改造。在天然形式下，這種“剪刀”能識(shí)別出病毒中的DNA。但是沙爾龐捷和道德納發(fā)現(xiàn)能對(duì)“剪刀”施加控制，這樣一來(lái)就能在任何預(yù)先設(shè)定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割，那么重寫(xiě)生命的密碼就變得簡(jiǎn)單了。

科學(xué)界普遍認(rèn)為，“基因剪刀”技術(shù)為生命科學(xué)研究開(kāi)啟了一個(gè)新時(shí)代，是21世紀(jì)以來(lái)生物技術(shù)方面最重要的突破。