从明天开始,2017年诺贝尔奖就将陆续揭晓,诺贝尔委员会将在随后三天依次宣布生理学或医学奖、物理学奖和化学奖的获奖者。与往年一样,今年的诺奖获奖名单依旧充满悬念。屡屡成为新闻热点的CRISPR是否有机会获奖,甚至是收获双冠?广为看好的引力波探测会不会被爆冷?哪一项尘封多年的研究能够完成逆袭?而华人科学家能否再登科学的中心舞台?结果揭晓前,各大权威机构、知名分析人士纷纷给出自己的预测。
接下来,我们将看到,哪些研究被分析机构看好。
诺贝尔生理学或医学奖
肿瘤免疫学是热门
知名医学网站STAT首先将目光投向美国安德森癌症中心的Jim Allison、丹娜法伯癌症研究院的Gordon Freeman和哈佛医学院的Arlene Sharpe。这三位科学家在肿瘤免疫学领域的突破,使得他们成为诺奖的热门。
Allison在免疫细胞的分子表面发现,一种名为CTLA-4的蛋白起到了“分子刹车”的作用,从而终止免疫反应。抑制CTLA-4分子,则能使T细胞大量增殖、攻击肿瘤细胞。基于该机理,第一款癌症免疫药物伊匹单抗(ipilimumab,用于治疗黑色素瘤)问世。
Freeman和Sharpe则发现了另一种免疫细胞的“分子刹车”——PD-1,基于这类分子,人们已经研发出用于治疗黑色素瘤、肺癌等癌症的纳武单抗(nivolumab),以及治疗多种癌症的pembrolizumab。这三位科学家在免疫肿瘤学领域的突破,对于我们理解癌症的生物学机制、找到更好的治疗方法起到重要推动作用。
今年的沃伦·阿尔珀特奖(Warren Alpert Foundation Prize)就授予了以上三人以及另外两位在肿瘤免疫学中取得突破性进展的科学家。当然,诺贝尔奖最多只能同时授予三位获奖者,因此诺贝尔委员会或许将在肿瘤免疫学的获奖人选上纠结。而另外两项大奖——2015年的拉斯克奖和2014年的生命科学突破奖,则单独授予了Allison。
不过,阻碍以上几位科学家获奖的一个因素在于,还有很多重要的癌症研究也在等待获奖。比如,从2002年开始就一直做诺奖预测的资深分析顾问David Pendlebury,就在今年科睿唯安的预测中,提到了匹兹堡大学的华裔女科学家张远和Patrick Moore,这两位科学家发现了卡波济氏肉瘤相关疱疹病毒/人类疱疹病毒(KSHV/ HHV8)。
Pendlebury还预测,威尔康奈尔医学院的Lewis Cantley也可能获奖——他发现了磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)的信号通路并阐明了其在肿瘤生长中的作用。
那么,更早、更基础的癌症研究有可能获奖吗?例如,Vogelstein就在癌症的研究中做出过突出的贡献,尤其是对于突变如何引发癌症的阐述,这是现代肿瘤生物学的重要基石。
对于癌症基础研究屡屡与诺奖擦肩而过的现象,1993年诺贝尔生理学或医学奖得主,麻省理工大学的Philip Sharp给出了他的看法:“诺贝尔委员会不喜欢癌症。”历史上,诺奖仅有两次颁给了肿瘤遗传学的研究:一次是在成果发表后55年,另一次是1989年的致癌基因研究。“要想因为肿瘤研究获奖,这项研究需要拯救很多患者的生命,”夏普说,从这个角度看,肿瘤免疫学和一些其他研究做得还不够。
免疫学、表观遗传学与脑成像
每年冬天,诺贝尔委员会都会从一份大约300人的候选人名单中开展评选,其中包含了此前的候选人,以及新入围的杰出科学家。随着早先取得的成就在委员会专家的记忆中逐渐淡去,这些很久之前的成果获奖的可能性也在降低。例如,Rusty Gage在新神经元形成机制上的颠覆性成果,现在显得机会渺茫了。
同样,Jacques Miller似乎也不需要在今年10月2日守在电话机旁了。他曾在上世纪60年代发现了胸腺的功能以及T细胞和B细胞的作用。Sharp评价道:“他的工作成为整个免疫学的开端。我无法理解他为什么没有得奖。”Pendlebury也说:“这个巨大的遗憾,而且仍在延续着”。
而另一项颠覆性的研究——组蛋白修饰决定基因的表达与否,虽然成为表观遗传学的起点,并且获得了去年的格鲁伯遗传学奖,但也尚未给发现者David Allis和Michael Grunstein带来与瑞典国王见面的机会。
而在神经科学研究中至关重要的脑成像,也未曾染指诺奖。科睿唯安基于论文被引用情况的预测,将伦敦大学学院的Karl Friston列为今年诺奖的热门人选之一。Friston通过统计参数映象和基于体素的形态学分析,对脑成像数据分析做出了重要贡献。当然,需要提醒诺贝尔委员会的是,如果他们想依照这个评选思路,那他们不应该忘记功能性磁共振成像的奠基人小川诚二(Seiji Ogawa)今年已经83岁了。
CRISPR获得两项诺贝尔奖?而对于近几年生物界最火热的话题之一——CRISPR,Sharp认为今年获奖并不会显得过早。基于CRISPR的基因编辑技术的诞生,离不开四位关键人物:Emmanuelle Charpentier、George Church、Jennifer Doudna和张锋。问题是,诺贝尔奖的规定是,同一奖项最多只能由3人共享。
此外,CRISPR的专利之争仍未最终尘埃落定,这种争议也是诺贝尔委员会不愿意看到的。Sharp提出了一个皆大欢喜的方案:由于Charpentier和Doudna开展的是纯生物化学的研究,因此将诺贝尔化学奖授予这两位科学家;而Church和张锋在活体细胞中的工作,则推动了CRISPR在医学上的应用,因此二位分享生理学或医学奖显得合情合理。
如果你想猜一个略显冷门的选项,京都大学的森和俊(Kazutoshi Mori)和Peter Walter也有希望染指诺奖。他们共同发现了非折叠蛋白反应——他们发现,细胞能检测到内质网中蛋白质有害的错误折叠,并反馈给细胞核采取保护措施。2014年,他们因为这项研究获得了拉斯克奖,并且与去年的细胞自噬类似,这项研究正是诺贝尔委员会喜欢的类型——与生命息息相关的生理学机制研究。
诺贝尔化学奖
交叉学科再获奖?
在诺贝尔化学奖的历史上,一个颇为有趣的现象是,物理学家和生物学家常常“抢走”属于化学奖的奖项。据统计,已有超过20位生物学家和10多位物理学家获得诺贝尔化学奖。今年,这一“抢班夺权”的现象依然有可能出现。
除了上文提到的CRISPR,英国皇家化学学会的Chemistry World网站,也在对今年诺贝尔化学奖的预测中,提到了一项刚刚获得科睿唯安“引文桂冠奖”物理学奖的研究。
这三位人选分别是IBM首席科学家、希腊化学物理学家Phaedon Avouris,美国物理学家Paul McEuen和荷兰物理学家Cornelis (Cees) Dekker。他们在碳基电子学中的突出贡献,可能会使其进入诺贝尔委员会的视线。
1991年1月,日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从碳纤维中发现了碳纳米管。由于分子结构特殊,碳纳米管具有一些独特的性质。碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻,且性质会随结构的变化而变化,可由绝缘体转变为半导体、由半导体变为金属,且具有金属导电性的碳纳米管通过的磁通量是量子化的。这些性质使得碳纳米管在材料科学、生物学、电脑、触摸屏幕等领域都有着广泛的应用前景。
2001年,Avouris带领团队首次制造了毋需分离金属和半导体纳米管的碳纳米晶体管阵列。他们还建造了有史以来第一个包含在一个单分子内的计算机逻辑电路,这将最终促使更小更快的、更低能耗的新型计算机问世。McEuen及其团队则采用了由石墨烯薄片卷制而成的单壁碳纳米管,来制作太阳能电池。而Dekker团队,则开发出一种新型的纳米孔装置。
Chemistry World认为,虽然被科睿唯安列入物理奖的名单,但这些涉及碳纳米管、石墨烯纳米带的研究,同样有机会获得诺贝尔化学奖。
基础化学还是应用化学
在基础化学领域,两项研究在预测中被看好。首先是两位无机生物化学的奠基人——Harry Gray和Stephen Lippard。
加州理工学院教授Gray将无机化学知识应用到生命科学领域,系统阐明了金属蛋白的颜色机理、电子传递过程的物理和化学机理等重要的生命原理,为生物无机化学的发展奠定了坚实的基础。麻省理工学院的Lippard长期从事铂系和非铂系无机抗癌药物的研究,发现了顺铂类抗癌药物的抗癌机理。他还是神经化学的创建者。
而科睿唯安看好的,是C-H键官能团化的研究,可能因此获奖的有美国化学家John Bercaw、Robert Bergman和俄罗斯科学家Georgiy Shul'pin。
今年的诺贝尔化学奖也有可能归属能源领域的研究。美国化学家M. Stanley Whittingham与固体物理学家John Goodenough在锂离子电池领域的突出贡献,使得他们被Sigma Xi科学荣誉学会看好。
Whittingham在上世纪70年代制成首个锂离子电池,Goodenough则是可充电锂离子电池的发明者,他引领的项目组和SONY公司合作开发出了基于碳材料正极和锂钴氧LiCoO2材料负极的可充电离子电池,也就是目前广泛采用的锂离子电池技术。
近些年来,钙钛矿型太阳能电池异军突起,受到业界的广泛关注。在科睿唯安的预测中,三位在该领域表现突出的科学家——宫坂力、Nam-Gyu Park和Henry Snaith或将成为今年诺奖的黑马。
诺贝尔物理学奖今年,各方对诺贝尔物理学奖的预测罕见地一致。2016年2月,激光干涉引力波天文台(LIGO)的负责人宣布,LIGO首次直接探测到引力波。
这一跨时代的发现虽然由于发现时间的原因错失去年的诺奖,但随着该消息得到进一步确认,这一双黑洞合并引起的涟漪今年成为绝对的大热门。就在9月27日,LIGO和欧洲的Virgo引力波探测器第四次探测到引力波。很多预测人士甚至认为,唯一的悬念是具体的获奖人选。
被称为引力波探测先驱的Ronald Drever在年初逝世,而美国物理学家Kip Thorne和德国物理学家Rainer Weiss或许会是最大的热门。当然,如果有其他研究爆冷得奖,相信会引发更热烈的讨论。