Обладателем «научного оскара» в 2023 году стал физик-теоретик Александр Замолодчиков и создатели методов терапии муковисцидоза и лейкемии

На этой неделе стали известны имена лауреатов премии Breakthrough Prize. Уже более 12 лет назад премия была придумана бывшим российским предпринимателем Юрием Мильнером совместно с его единомышленниками из числа основателей калифорнийских технологических гигантов в качестве «научного оскара» и альтернативы премии Альфреда Нобеля. Пока, однако, в прессе о Breakthrough Prize говорят не очень много — несмотря на действительно существенно больший призовой фонд. «Медуза» объясняет — кому и за что достались крупнейшие научные призы в этом году.

Физика. Джон Карди и Александр Замолодчиков

В физической номинации приз 2023 года был присужден двум физикам-теоретикам, Джону Карди из Оксфордского Университета и Александру Замолодчикову из американского Университета Стони Брукс. На этот раз комитет премии отметил «глубокий вклад в статистическую физику и квантовую теорию поля, имеющий разнообразные и далеко идущие приложения в различных отраслях физики и математики».

Замолодчиков родился в 1952 году в поселке Ново-Иваньково (нынешняя Дубна), закончил МФТИ, с конца 1970-х работал в Институте теоретической и экспериментальной физики имени Алиханова в Москве и в Институте теоретической физики имени Ландау в Черноголовке. Наиболее известная ранняя работа Замолодчикова, написанная в начале 1980-х в соавторстве с двумя другими выдающимися физиками, Александром Белавиным и Александром Поляковым, описывает найденное ими решение проблемы теории поля для случая двумерного пространства-времени.

Именно эта работа советских физиков, которая к настоящему моменту набрала более шести тысяч цитирований, привлекла внимание Джона Карди и заинтересовала в возможности достичь аналогичного результата в нашем, четырехмерном пространстве-времени.

Карди родился в 1947 году в Англии, закончил Кембриджский Университет, затем долгое время проработал в Университете Калифорнии в Санта-Барбаре, а в 1993 году возвратился на родину в Великобританию, работал в Оксфорде и Кембридже.

Проблемы, над которыми работали оба нынешние лауреата, возникают в квантовой теории поля. Так называют фундаментальную физическую теорию (точнее, семейство теорий), которая пришла на смену классической электродинамике Максвелла с открытием квантового мира. Первоначально теория поля описывала лишь те же электрические и магнитные силы, что и теория Максвелла, но, в отличии от нее, учитывала квантовую природу взаимодействий. Со временем к этим силам добавились сначала слабое взаимодействие — проявляющееся в бета-распаде атомных ядер и некоторых других процессах. Затем было построено теоретическое описание также и сильного взаимодействия, которое обеспечивает сам факт существования атомных ядер. В 1970-х годах доминирующая форма квантовой теории поля приобрела современные очертания и получила названи Стандартной модели, которая до сих пор является самой проверенной фундаментальной физической теорией, описывающей поведение материи.

Стандартная модель, однако, не является окончательной теорией поля хотя бы по той причине, что совсем не учитывает и не объясняет существование гравитации. В попытках выйти за рамки Стандартной модели теоретики разработали множество альтернативных квантовых теорий поля, которые, по задумке их создателей, должны в частных случаях сводится к Стандартной модели и ее точным предсказаниям, но объяснять больше, чем сама модель.

Так появилась теория струн, так же появилась близкая к ней, но отличающаяся своим математическим аппаратом конформная теория поля (ее название связано с конформным преобразованием — процедурой, сохраняющей углы, но не расстояния между кривыми в рассматриваемом пространстве).

Белавин, Поляков и Замолодчиков в начале 1980-х активно занимались различными вариантами конформной теории и способами анализа «случайных полей», которыми она оперировала. Уравнения, которыми оперирует эта теория, первоначально оказались исключительно сложными для точного решения. Однако решение неожиданным образом удалось найти — для поля, где есть только по одному измерению для пространства и для времени.

Сам Замолодчиков вспомнинал, что первоначально такой выход из трудного положения привлек много критики со стороны коллег («Вы пьете трехмерную водку и любите трехмерных женщин, а занимаетесь двумерной теорией» — иронизировал учитель Замолодчикова и ученик Ландау Карен Тер-Мартиросян).

Тем не менее, сама возможность точного решения уравнений теории привлекла внимание некоторых теоретиков, в том числе Карди, который о работе Замолодчикова и соавторов узнал от двух советских физиков, которых повстречал на одной из научных конференций. «На Западе мало кто понимал, о чем вообще они говорили. Но меня они убедили [в возможности решения проблемы] и я стал над ней работать» — приводит слова лауреата Nature. Эта работа завершилась успехом в 1988 году, когда вышла статья с расширением решения Белавина-Полякова-Замолодчикова для четырехмерного пространства.

«Карди и Замолодчиков действительно являются гигантами конформных теорий поля», — говорит Дэвид Тонг, физик из Кембриджского университета (Великобритания), слова которого приводит Nature. «Во всем мире есть физики, которые работают над чрезвычайно разными проблемами, и все же у них есть общий язык благодаря работам Карди, Замолодчикова и других».

Биология. Лекарство от муковисцидоза, CAR-T терапия онкозаболеваний и мутации, связанные с болезнью Паркинсона.

В номинации наук о жизни премию в этом году получили три независимых коллектива ученых, которые внесли вклад в три самые разные области. Все они, однако, имеют одну общую черту — эти открытия либо уже применяются в медицине, либо имеют непосредственное приложение к лечению заболеваний человека.

• Карл Х. Джун из Пенсильванского университета и Мишель Саделайн из Онкологического центра Мемориала Слоан Кеттеринг были отмечены «за разработку иммунотерапии химерными антигенными рецепторами Т-клеток, при которой Т-клетки пациента модифицируются таким образом, чтобы нацеливаться на раковые клетки и уничтожать их». CAR-T-терапия — это инновационный метод борьбы с онкологическими болезнями, при котором из крови пациента сначала выделяют иммунные клетки (Т-лимфоциты), затем в них вводят специальный ген, дающий возможность лимфоцитам прицельно атаковать раковые клетки, а затем ввести их в пациента, где те начинают работать. Терапия на основе этой технологии была зарегистрирована в США только в 2017 году, но уже активно применяется по всему миру, в том числе и в России. Здесь, однако, возникают свои, уже никак не связанные с наукой проблемы: число пациентов, которые прошли через CAR-T терапию, оценивается в шесть десятков человек (при том, что нужна тысячам), а после начала войны немецкие поставщики оборудования прекратили сотрудничество с Россией.
• Сабина Хадида, Пол Негулеску и Фредрик Ван Хоор, сотрудники компании Vertex Pharmaceuticals, получили Breakthrough Prize за «за разработку изменяющих жизнь комбинаций лекарственных препаратов, восстанавливающих дефектный белок хлоридного канала у пациентов с муковисцидозом». Проще говоря, за создание препарата Трикафта. Муковисцидоз — это генетическое заболевание, вызванное мутацией в гене, обеспечивающем производство важного белка, работающего на клеточной мембране (CFTR). Его нормальное функционирование необходимо прежде всего для работы легких, слизистых и желёз внутренней секреции. Как и для подавляющего большинства других генетических заболеваний, лечение муковисцидоза до последнего времени было только симптоматичным, то есть не затрагивало корень проблемы — нарушения в работе CFTR. Сейчас активно изучаются методы генетической терапии таких болезней за счет введения в клетки «правильной версии» поломанного гена, однако Трикафта работает по-другому. Это сочетание трех разных веществ, которые в комбинации друг с другом позволяют вернуть мутированный CFTR в рабочее состояние и, как следствие, обеспечить рецессию симптомов заболевания. Его применение началось в США лишь в конце 2019 году, однако препарат мгновенно стал блокбастером, улучшив жизнь тысячам ранее неизлечимо больных людей. К сожалению, он подходит лишь для одного типа «поломок» CFTR, однако этот тип покрывает 90% пациентов в мире.
• Томас Гассер, представляющий Тюбингенский университет, а также Эллен Сидрански и Эндрю Сингтон из Национальных институтов здоровья США получили приз за «за идентификацию генов GBA1 и LRRK2 в качестве генов риска развития болезни Паркинсона, что позволяет рассматривать аутофагию и лизосомальную биологию как важнейшие факторы патогенеза этого заболевания». Сидрански определила мутации в гене GBA1, который кодирует фермент, расщепляющий жировые вещества в клетках, как генетический фактор риска развития болезни Паркинсона, а Гассер и Синглтон независимо друг от друга показали, что мутации в гене LRRK2 приводят к повышению активности белка, который, как считается, способствует повреждению нейронов при этом заболевании. Эти открытия пока не позволяют создать лекарство, но дают ключ к разгадке механизмов, вызывающих болезнь Паркинсона.

Другие номинанты

Помимо физики и биологии, полноценный Breakthrough Prize присуждают также в фундаментальной математике. В этом году призером стал Саймон Брендл из Колумбийского университета в Нью-Йорке, он получил премию с формулировкой «за трансформационный вклад в дифференциальную геометрию, включая резкие геометрические неравенства, многие результаты по потоку Риччи и потоку средней кривизны, а также гипотезу Лоусона о минимальных торах в 3-сфере.» Работа Брендла тесно связано с гипотезой Пуанкаре, которую более 20 лет назад удалось доказать Григорию Перельману. Максимально упрощенное введение в формулировку гипотезы с определением понятий, использующихся в том числе в работах Брендла, можно посмотреть здесь.

Кроме «больших» номинаций, фонд назвал номинантов и в «малых» премиях «Новые горизонты в физике», «Новые горизонты в математике» и специальной премии для молодых женщин-математиков имени Мариам Мирзахани. Лауреатами премии стали молодые ученые из США, Италии, Чили, Японии, Германии, Нидерландов, Канады и других стран.

Премии Breakthrough Prize была учреждена российским предпринимателем Юрием Мильнером и его женой Юлией, основателем Google Сергеем Брином и его бывшей женой и предпринимателем Энн Воджицки, создателем Facebook Марком Цукербергом и его женой филантропом Присциллой Чан. Отборочный комитет, принимающий решение о награждении, формируется на основе лауреатов прошлых лет. Основная премия является крупнейшей наградой для ученых в денежном выражении — каждый из коллективов получит по три миллиона долларов, то есть суммарно 15 миллионов в этом году. Молодые ученые, номинированные в категории Новые горизонты получат дополнительно по 100 тысяч долларов — общий призовой бюджет премии, таким образом, достигнет 308 миллионов долларов за 12 лет истории ее существования.