זוכי פרס וולף

ג'ון יה

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קולורדו והמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, NIST, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על הישגים פורצי דרך ובעלי יישומים רחבים בשליטה במערכות של אטומים אולטרה־קרים".

שותפים לפרס:

ג'ון יה

עמנואל בלוך

עמנואל בלוך וג'ון יה חוללו פריצות דרך ביכולת לשלוט באטומים ולחקור את העולם הקוונטי בדיוק חסר תקדים. בלוך הפך אטומים אולטרה־קרים לפלטפורמה מרכזית להדמיה ולחקר של מערכות קוונטיות מורכבות, ובכך היה ממעצבי תחום הסימולציה הקוונטית. יה הוביל את פיתוחם של השעונים האטומיים האופטיים המדויקים והיציבים בעולם, המאפשרים למדוד זמן ותדירות ברמות דיוק יוצאות דופן ולבחון שאלות יסוד בפיזיקה. יחד, עבודותיהם מדגימות את המעבר מהתבוננות בעולם הקוונטי ליכולת לשלוט בו, למדוד אותו ולרתום אותו למחקר ולטכנולוגיות חדשות.

ג'ון יה נולד בשנגחאי בשנת 1967 ובילה חלק ניכר מילדותו אצל סבתו בשאושינג, בזמן שהוריו היו שקועים בקריירות תובעניות. סבתו לא ידעה קרוא וכתוב, אך אחד מזיכרונותיו המוקדמים הוא דווקא ממנה: היא נתנה לו עפרונות ומחברת ועודדה אותו לצייר או לכתוב ככל העולה על רוחו. יה אהב ספרות ושירה סינית קלאסית לא פחות משאהב מתמטיקה, ובמשך זמן מה התלבט בין מדעי הרוח למדעים. מורה מחונן לפיזיקה בתיכון שינה את מסלולו, כשעודד אותו להשתתף בתחרות ארצית בפיזיקה – חוויה שעוררה בו את המשיכה לפיזיקה ניסויית.

יה הוביל את פיתוחם של השעונים האטומיים האופטיים המדויקים והיציבים בעולם. בהמשך להצעה שהעלה הידטושי קטורי, הוא הגיע לרמות דיוק חסרות תקדים, שהגדירו מחדש את אמת המידה הבין־לאומית למדידת זמן ותדירות. הישגים אלה התאפשרו הודות לשורה של פריצות דרך, ובהן שימוש בלייזרים יציבים במיוחד ושליטה מדוקדקת ביחסי הגומלין בין אטומים הלכודים באמצעות אור לייזר. בהמשך תרם יה גם לפיתוח פורץ דרך של שעונים גרעיניים. מחקריו פתחו אפשרויות חדשות לבחינת חוקי היסוד של הפיזיקה, ובהן החיפוש הרגיש ביותר אחר המומנט הדיפול החשמלי של האלקטרון, גאודזיה יחסותית וחיפוש אחר שינויים בקבועי היסוד של הטבע.

עמנואל בלוך

שייכות בעת הענקת הפרס:

מקס פלאנק, אוניברסיטת לודוויג מקסימיליאן במינכן, גרמניה

נימוק למתן הפרס:

"על הישגים פורצי דרך ובעלי יישומים רחבים בשליטה במערכות של אטומים אולטרה־קרים".

שותפים לפרס:

ג'ון יה

עמנואל בלוך

עמנואל בלוך וג'ון יה חוללו פריצות דרך ביכולת לשלוט באטומים ולחקור את העולם הקוונטי בדיוק חסר תקדים. בלוך הפך אטומים אולטרה־קרים לפלטפורמה מרכזית להדמיה ולחקר של מערכות קוונטיות מורכבות, ובכך היה ממעצבי תחום הסימולציה הקוונטית. יה הוביל את פיתוחם של השעונים האטומיים האופטיים המדויקים והיציבים בעולם, המאפשרים למדוד זמן ותדירות ברמות דיוק יוצאות דופן ולבחון שאלות יסוד בפיזיקה. יחד, עבודותיהם מדגימות את המעבר מהתבוננות בעולם הקוונטי ליכולת לשלוט בו, למדוד אותו ולרתום אותו למחקר ולטכנולוגיות חדשות.

עמנואל בלוך נולד בפולדה שבגרמניה בשנת 1972 וגדל בכפר קטן סמוך לשליכטרן – מקום שבו, כפי שהוא נוהג להיזכר, היו "יותר פרות מבני אדם". כבן לאב כימאי ולאם מורה, הוא גילה כבר בצעירותו משיכה למחשבים, לאלקטרוניקה ולמדע, אך היה נחוש לסלול לעצמו דרך שונה מזו של אביו. עבודה כסטודנט בחברה לטכנולוגיות מדידה סייעה לו להבין מה הוא מחפש: תחום המשלב התנסות מעשית, תושייה טכנולוגית ושאלות יסוד. הפיזיקה הציעה לו בדיוק את השילוב הזה. כסטודנט בשנת 1995 היה בלוך עד להתרגשות המדעית סביב יצירתם של עיבויי בוז–איינשטיין הראשונים, וכפי שסיפר לימים, הוא פשוט "הלך בעקבות ההתלהבות שלי". אותה התלהבות הובילה אותו בהמשך למינכן, שם פגישה מכרעת עם הפיזיקאי תאודור הנש סייעה לעצב את המשך דרכו המדעית.

בלוך ביסס את השימוש באטומים אולטרה־קרים הלכודים בסריגים אופטיים כפלטפורמה רבת־עוצמה ובת־שליטה לחקר פאזות קוונטיות במערכות מרובות חלקיקים בעלות אינטראקציות חזקות. באמצעות כלי מדידה ניסיוניים חדשים, שאינם זמינים בחקר חומר קוונטי אלקטרוני, הובילה עבודתו לתובנות חדשות על המבנה של מצבים קוונטיים מרובי־גופים. הוא צפה במעבר הפאזה הקוונטי מנוזל־על למבודד מוט של בוזונים, היה מחלוצי המיקרוסקופיה של גזים קוונטיים, חקר לוקליזציה מרובת־גופים, וצפה בהתפתחותו של מבודד מוט פרמיוני ממתכת בעלת פסאודו־פער לנוזל פרמי. במבט רחב יותר, עבודתו הייתה מן המרכזיות בעיצוב פרדיגמת הסימולציה הקוונטית, והותירה חותם מתמשך על הפיזיקה המודרנית ועל טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות.

צ'ארלס צוקר

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קולומביה והמכון הרפואי הוורד יוז (HHMI), ארה"ב.

נימוק למתן הפרס:

"על שחולל מהפכה בהבנתנו את חוש הטעם, האחרון מבין חושינו שסודותיו פוענח".

שותפים לפרס:

ללא

צ'רלס צוקר נולד בשנת 1957 באריקה שבצ'ילה, עיר מרוחקת השוכנת סמוך לגבולות פרו ובוליביה. כבר מגיל צעיר נמשך לביולוגיה ולרפואה- לא מתוך שאיפה להיות רופא, אלא מתוך רצון להבין כיצד פועלות מערכות חיות. בתקופת לימודיו לתואר הראשון, דווקא המחסור במשאבים הקנה לו מיומנות מדעית שליוותה אותו בהמשך דרכו: היכולת לאלתר ולמצוא פתרונות יצירתיים, עד כדי בניית ציוד מעבדה במו ידיו.

נחוש להקדיש את דרכו למחקר, עזב צוקר את צ'ילה ללימודי דוקטורט ב-MIT,  בתחום הביולוגיה המולקולרית. מסעו המדעי הוביל אותו עד מהרה מחקר גנים והתפתחות אל מערכת העצבים ואל הבסיס הביולוגי של התפיסה החושית. בברקלי, מחקריו על תפקודם של קולטני האור העמיקו את סקרנותו בשאלה כיצד המוח מפרש את העולם. סקרנותו הובילה אותו לחקור את חוש הטעם. בשורה יוצאת דופן של תגליות חשף צוקר כיצד טעמים מזוהים, מקודדים ומיוצגים במוח, והפך תחושה יומיומית ומוכרת לאחת ממערכות החישה המובנות ביותר במדעי המוח המודרניים.

באמצעות ניסויים אלגנטיים בביולוגיה התנהגותית, בגנטיקה ובנוירוביולוגיה, הגדיר צוקר את העקרונות התפקודיים שעל פיהם פועל חוש הטעם ביונקים. יחד עם צוות המעבדה שלו זיהה את התאים והקולטנים האחראים לכל אחת מחמש הטעמים הבסיסים – מתוק, חמוץ, מר, מלוח ואומאמי – והראה כי כל אחד מהם מזוהה באמצעות קולטנים ייעודיים המתבטאים באוכלוסיות נפרדות של תאי חישה. עבודתו חשפה בכך את ההיגיון הבסיסי של קידוד הטעם כבר בשלב הראשוני של מערכת החישה. בהמשך הראה צוקר כי גם במוח מיוצגות איכויות הטעם באמצעות תאים בעלי התמחות ייחודית. במחקריו תיאר ארגון מרחבי מדויק של ייצוגי הטעם, שבו טעמים שונים מיוצגים באזורים מובחנים בקליפת המוח.

באחד מניסוייו המבריקים ביותר צוקר ועמיתיו הינדסו גנטית עכברים, להם קולטנים לטעם מר שהתבטאו בתאים האחראים בדרך כלל לחישת מתוק. התוצאה הייתה מדהימה: במקום התנהגות טבעית של רתיעה מחומרים מרים מאוד אלו אשר נקשרו לקולטנים בתאים האחראיים לחישת טעם מתוק, העכברים נמשכו אליהם. סדרת מניפולציות גנטיות מתוחכמות זו הראתה כי משמעותו של הטעם אינה נקבעת על ידי הקולטן עצמו, אלא על ידי זהותם של תאי החישה המופעלים ועל ידי החיבור המולד שלהם למסלולים מוחיים המעוררים התנהגות מתאימה.

בהמשך הנדס צוקר עכברים שבתאי הטעם שלהם התבטאו קולטנים אנושיים, והראה כי בעלי החיים פיתחו העדפות טעם "אנושיות". ניסויים אלה, שהפכו לאבני דרך בתחום, הוכיחו כי הבדלים בקולטני הטעם עומדים בבסיס הבדלים מולדים בהעדפות טעם, בבררנות וברגישות.

בכך שהגדיר כיצד גירויים כימיים מזוהים בלשון וכיצד המוח מעניק להם משמעות, חולל מחקרו של צוקר שינוי יסודי בהבנת חוש הטעם: ממערכת החישה המרכזית שהייתה מן הפחות מובנות, למערכת שהבסיס המולקולרי והעצבי שלה פוענח לפרטיו באופן יוצא דופן.

יוסף ברנשטיין

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת תל-אביב, ישראל

נימוק למתן הפרס:

"על עבודתו המכוננת בתורת ההצגות, בתבניות אוטומורפיות ובגאומטריה אלגברית, ועל תרומתו ליצירת תורת ההצגות הגאומטרית".

שותפים לפרס:

יוסף ברנשטיין

דוד קשדן

יוסף ברנשטיין, שנולד במוסקבה בשנת 1945, פגש את עולם המתמטיקה כבר בצעירותו, דרך הזירה התחרותית והתובענית של האולימפיאדות המתמטיות בברית המועצות. בגיל ארבע־עשרה החל להשתתף בתחרויות במוסקבה, ובגיל שבע־עשרה זכה במדליית זהב באולימפיאדה הבינלאומית למתמטיקה, עוד בטרם החל את לימודיו באוניברסיטת מוסקבה. לימים סיפר כי ההכנה לאולימפיאדות לימדה אותו יצירתיות ותושייה – אך גם נטעה בו בתחילה את התפיסה המוטעית שאם בעיה אינה נפתרת בתוך חמש שעות, כנראה שאי אפשר לפתור אותה. רק בהמשך גילה כי שאלות רציניות עשויות לדרוש שבועות, חודשים ולעיתים אף שנים.

את לימודיו האקדמיים רכש באוניברסיטת מוסקבה, והתבלט כבר בעבודותיו הראשונות בראשית שנות ה-70. בשנת 1981 עזב פרופ' ברנשטיין את ברית המועצות. שנתיים עבד באוניברסיטאות בפריז ובמרילנד, ואחר כך עבד 10 שנים במחלקה למתמטיקה באוניברסיטת הרווארד. בתקופה זו חזר בתשובה. בשנת 1993 עלה פרופ' ברנשטיין לארץ, והצטרף לבית הספר למדעי המתמטיקה באוניברסיטת תל אביב, ומאז הוא חבר סגל קבוע בה, במינוי של פרופסור מן המניין.

ברנשטיין חולל תמורות עמוקות ברבים מן התחומים שבהם עסק, ובראשם תורת ההצגות ותורת התבניות האוטומורפיות.

כבר בראשית דרכו המחקרית, סביב עבודת הדוקטורט שלו בגיל 26, פיתח ברנשטיין תורה אלגברית של אופרטורים דיפרנציאליים בעלי מקדמים פולינומיים. בפרט, הוא הוכיח המשכה אנליטית של פונקציות מוכללות מסוימות והציג את מה שמוכר כיום כפולינום ברנשטיין–סאטו. עבודה זו הובילה אותו לתגלית היפהפייה של תורת ה־D-מודולים. ואכן, ה־D-מודולים הפכו לכלי מרכזי בתחומים מגוונים של המתמטיקה, ובהם גאומטריה אלגברית, תורת ההצגות ואף לוגיקה.

עבודתו של ברנשטיין עם סרגיי גלפנד וישראל גלפנד על קטגוריית המודולים בעלי המשקל הגבוה מעל אלגברת לי מרוכבת פשוטה־למחצה הייתה לאחת מפריצות הדרך המרכזיות בתורת ההצגות מאז גילוי מבנה ההצגות הסופיות־ממד בראשית המאה העשרים. בהמשך, יחד עם ביילינסון ודלין, גילה ברנשטיין מקבילה טופולוגית ל־D-מודולים, שאותה כינו אלומות פרוורסיות (perverse sheaves); אלה הפכו לכלי יסודי בחקר מרחבים סינגולריים. בעבודה משותפת עם ביילינסון קשר ברנשטיין בין תורת המודולים מעל אלגברות כאלה לבין תורת ה־D-מודולים על יריעת הדגל, והוכיח את השערת קשדן–לוסטיג – המתארת, בין היתר, את הקרקטרים של הצגות אי־פריקות. עבודות מכוננות אלה הן חלק ממה שמכונה כיום תורת ההצגות הגאומטרית, שברנשטיין נמנה עם מייסדיה.

ברנשטיין הניח את היסודות לתורת ההצגות של חבורות  p-אדיות. הן המחקר המפורט של המבנה הייחודי של הצגות החבורה הליניארית הכללית והן מושגי יסוד בתאוריה הכללית – ובהם המרכז של ברנשטיין – הם מפרי עבודתו, בחלקם בשיתוף עם זלבינסקי. לברנשטיין הייתה גם השפעה רבה על התאוריה האנליטית של תבניות אוטומורפיות. הוא הציג גישה שונה ואלגנטית במיוחד להמשכה האנליטית ולמשוואות הפונקציונליות של טורי אייזנשטיין, המבוססת על עיקרון כללי מאוד של המשכה אנליטית. יחד עם רזניקוב הציג את הרעיון יוצא הדופן שלפיו ניתן לחסום פונקציות L באמצעות חקירה גאומטרית של פריודות (periods); רעיון זה ניצב במרכזן של רבות מן ההתקדמויות האחרונות בתאוריה האנליטית של תבניות אוטומורפיות.

אחד מסימני ההיכר המובהקים של עבודתו של ברנשטיין הוא התעקשותו על פשטות ובהירות מוחלטות, הן של השאלה והן של התשובה.  דרך חשיבה זו, כשלעצמה, השפיעה עמוקות על הקהילה המתמטית.

דוד קשדן

שייכות בעת הענקת הפרס:

האוניברסיטה העברית בירושלים, ישראל

נימוק למתן הפרס:

"על עבודתו המכוננת בתורת ההצגות, בתבניות אוטומורפיות ובגאומטריה אלגברית, ועל תרומתו ליצירת תורת ההצגות הגאומטרית".

שותפים לפרס:

יוסף ברנשטיין

דוד קשדן

דוד קשדן, נולד במוסקבה בשנת 1946 להורים אקדמאיים צעירים. אל המתמטיקה הגיע בעקבות 'עסקה משפחתית' יוצאת דופן: בגיל אחת-עשרה ביקש שלא ללכת לבית הספר יום אחד בשבוע. לאחר שהשחמט לא שכנע את הוריו כעיסוק רציני דיו, בחר במתמטיקה. הוא החל ללמוד עם סבו, שמעולם לא למד בתיכון, ובתוך זמן קצר התקדם במהירות באלגברה, בגאומטריה ובטריגונומטריה. עד מהרה נפתחו בפניו החוגים המתמטיים התוססים של מוסקבה, ובכללם מפגשים שבועיים עם המתמטיקאי האגדי ישראל גלפנד. כך נפתח בפני קשדן, כפי שתיאר זאת לימים, "עולם המתמטיקה". כבר כנער בלט כישרונו יוצא הדופן של קשדן. לאחר שזכה באולימפיאדה למתמטיקה במוסקבה, הוא משך את תשומת לבו של המתמטיקאי הנודע ישראל גלפנד, שחיפש באותה עת שותף ללימודים עבור בנו. שני הנערים החלו לעבוד יחד ואף פרסמו מאמר מדעי משותף – חוויה מוקדמת שהכניסה את קשדן לתרבות מתמטית שבה רעיונות צומחים מתוך שיחה ושיתוף פעולה. שנים לאחר מכן סיפר כי זו הייתה הרוח שספג מגלפנד, שרק מעטים ממאות מאמריו כתב לבדו.

לצד המתמטיקה טיפח קשדן לאורך השנים עניין עמוק במחשבה ובפילוסופיה יהודית. אחת הסיבות שבחר להגיע לבוסטון, סיפר, הייתה האפשרות ללמוד אצל הרב יוסף דב סולובייצ'יק. בעיניו התקיים קשר עמוק בין מתמטיקה לפילוסופיה: שתיהן מבקשות לחשוף סדר ומבנה מאחורי מורכבות. את המתמטיקה עצמה הוא מתאר כביטוי של יופי – מסגרת המאפשרת להפוך את מה שנראה כתוהו ובוהו למשהו מסודר, שיטתי ומובן.

קשדן הוא מתמטיקאי בעל טווח תחומי עניין מתמטיים רחב במיוחד. ניתן לומר כי הוא עוסק בתורת ההצגות ובתחומים הקרובים לה — אלא שעבודתו של קשדן מלמדת כי תחומים קרובים אלה מקיפים למעשה את המתמטיקה כולה. כבר בשנות העשרים לחייו התפרסם כאשר פתר, באמצעות רעיון מקורי אחד, שתי בעיות מרכזיות שהציב אטל סלברג בנוגע לתת־חבורות דיסקרטיות של חבורות לי. לשם כך הגדיר תכונה חדשה של חבורות, הידועה כיום כתכונת (T) של קשדן, תוך שימוש בטופולוגיה של מרחב ההצגות האי־פריקות שלהן. מאז הוכרה תכונת (T) של קשדן כתכונה יסודית ביותר של חבורות, בעלת יישומים הנעים מבנייה מפורשת של גרפים מרחיבים  (expanders), דרך גאומטריה ועד ללוגיקה. בנוסף לאלו, חיבר קשדן עבודה מכוננת על הצמודים של יריעות שימורה תחת אוטומורפיזמים שרירותיים של המספרים המרוכבים, ובה הראה כי גם צמודים אלה הם יריעות שימורה. עבודה עמוקה ומורכבת זו היא בעלת חשיבות יסודית לתאוריה של יריעות שימורה.

קשדן נמנה עם מייסדיה של תורת ההצגות הגאומטרית. עבודתו המשותפת עם ג'ורג' לוסטיג, שבה הציגו את מה שמכונה כיום בסיס קשדן–לוסטיג ואת פולינומי קשדן–לוסטיג, היא מאבני היסוד של התחום. באותה עבודה ניסחו השניים גם השערה חשובה, שהוכחה כעבור שנים אחדות בידי ביילינסון–ברנשטיין וברילינסקי–קשיווארה. קשדן ולוסטיג הוכיחו יחד גם את השערת דלין–לנגלנדס בדבר מיון ההצגות האי־פריקות של אלגברות הקה אפיניות. עבודה זו העניקה תנופה משמעותית נוספת להתפתחותה של תורת ההצגות הגאומטרית, והייתה בעלת חשיבות רבה גם לתורת התבניות האוטומורפיות ולתוכנית לנגלנדס.

בסדרת עבודות משותפות בנו קשדן ופאב אטינגוף קוונטיזציה אוניברסלית של ביאלגברות לי. עבודות אלה הביאו לפתרונן של כמעט כל הבעיות הפתוחות בתחום שהציג ולדימיר דרינפלד, וליצירתה של תורת קוונטיזציה לביאלגברות לי. תורה זו, השזורה בתורת הפורמליות של קונטסביץ', ניצבת בבסיסה של תורת הדפורמציות המודרנית.

בשנים האחרונות ממשיך קשדן למלא תפקיד מוביל במגוון מפתיע של בעיות ותחומים — מתורת שדות קוונטית סופר־סימטרית והשלכותיה המתמטיות ועד לתורת רמזי ולקשריה המפתיעים עם גאומטריה אלגברית.

דייוויד קלנרמן

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קיימברידג'

נימוק למתן הפרס:

"על פיתוח שיטות בעלות השפעה רחבת היקף לריצוף DNA בקנה מידה גדול ובעלות נמוכה, לקידום הרפואה הגנומית".

שותפים לפרס:

שנקר בלסוברמניאן

פסקל מאייר

דייוויד קלנרמן

שנקר בלסוברמניאן ודייוויד קלנרמן היו שותפים לפיתוח טכנולוגיה שחוללה מהפכה באופן שבו אנו קוראים DNA. עבודתם הניחה את היסודות לריצוף הדור הבא (NGS), המאפשר לרצף מיליוני מקטעי DNA במקביל, במהירות ובעלות נמוכה באופן דרמטי מבעבר. הטכנולוגיה הפכה את ריצוף הגנום מכלי מחקר יקר ואיטי לכלי נגיש ורב־עוצמה, והניעה את מהפכת הגנומיקה – מחקר מחלות וגידולים, אבחון גנטי ופיתוח טיפולים המותאמים למאפיינים הגנטיים של המטופל (רפואה מותאמת אישית).

דייוויד קלנרמן נולד בשנת 1959 וגדל בלונדון, במשפחה שבה מדע והשכלה היו חלק מחיי היומיום. אביו היה מנתח ופרופסור ואמו חוקרת בתחום הביולוגיה, וקלנרמן מספר כי הוריו נטעו בו אמונה עמוקה בכוחה של ההשכלה לפתוח אפשרויות ולעצב את דרכו של אדם. ילדותו לא הוקדשה רק ללימודים: הוא עסק בשחייה, כדור-מים, רוגבי, טניס וסקווש, ובמקביל נהגה המשפחה לבקר בקביעות בתיאטרון. בבית הספר נהנה ממתמטיקה ומפיזיקה, אך עם הזמן הייתה זו הכימיה ששבתה את דמיונו. המשיכה הזו הובילה אותו לבסוף לקיימברידג', שם למד כימיה והחל במסע המדעי שיעצב את הקריירה שלו.

קלנרמן זוכה להוקרה על תרומותיו פורצות הדרך לכימיה הפיזיקלית ועל חלקו בפיתוח טכנולוגיית הריצוף המקבילי רחב־ההיקף, הניצבת בבסיס הגנומיקה המודרנית. באמצעות יישום שיטות מתקדמות של מיקרוסקופיית פלואורסצנציה ברמת המולקולה הבודדת לחקר תהליכים אנזימטיים, סייע קלנרמן לבסס את התשתית הפיזיקלית־כימית שאפשרה לעקוב אחר סינתזת DNA בזמן התרחשותה.

מומחיותו בהדמיה ברמת המולקולה הבודדת ובהבנת מנגנון הפעולה של DNA פולימראז הייתה חיונית להפיכת תובנות ביוכימיות בסיסיות לפלטפורמת ריצוף הניתנת להרחבה ולעבודה בתפוקה גבוהה. באמצעות הקמת Solexa  יחד עם שותפיו, הפכה עבודתו לבסיס הטכנולוגי ליותר מ־90% מנתוני הריצוף הגנטי המופקים בעולם. הטכנולוגיה חוללה שיפור של פי מיליון ביעילות הריצוף וסייעה להניע את העידן הנוכחי של הרפואה המדויקת ומדעי הגנומיקה.

שנקר בלסוברמניאן

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קיימברידג'

נימוק למתן הפרס:

"על פיתוח שיטות בעלות השפעה רחבת היקף לריצוף DNA בקנה מידה גדול ובעלות נמוכה, לקידום הרפואה הגנומית".

שותפים לפרס:

שנקר בלסוברמניאן

פסקל מאייר

דייוויד קלנרמן

שנקר בלסוברמניאן ודייוויד קלנרמן היו שותפים לפיתוח טכנולוגיה שחוללה מהפכה באופן שבו אנו קוראים DNA. עבודתם הניחה את היסודות לריצוף הדור הבא (NGS), המאפשר לרצף מיליוני מקטעי DNA במקביל, במהירות ובעלות נמוכה באופן דרמטי מבעבר. הטכנולוגיה הפכה את ריצוף הגנום מכלי מחקר יקר ואיטי לכלי נגיש ורב־עוצמה, והניעה את מהפכת הגנומיקה – מחקר מחלות וגידולים, אבחון גנטי ופיתוח טיפולים המותאמים למאפיינים הגנטיים של המטופל (רפואה מותאמת אישית).

שנקר בלסוברמניאן נולד בשנת 1966 במדרס, כיום צ'נאי שבהודו, ועבר עם משפחתו לבריטניה בעודו תינוק. הוא גדל באזור הכפרי של צ'שייר, בין טיפוס על עצים למשחקי כדורגל, ועד לשנות העשרה המאוחרות שלו חלם לשחק באופן מקצועי במדי ליברפול. סקרנותו התעוררה כבר בילדותו. הוא זוכר במיוחד מנהל בית ספר יסודי מעורר השראה, שהפך את הלמידה לחוויה מהנה ועודד אותו לשאול שאלות, לצד הוריו, שהעניקו לו את החופש למצוא את דרכו בעצמו. בתחילה נמשך למתמטיקה, אך בהדרגה מצא את דרכו אל הכימיה והחל ללמוד מדעי הטבע באוניברסיטת קיימברידג'- מסלול שלדבריו לא נבע מתוכנית סדורה, אלא מסקרנות, חקירה ונכונות ללכת בעקבות שאלות מעניינות.

בלסוברמניאן נודע כאחד מחלוצי הפיתוח של טכנולוגיית ריצוף הדור הבא (Next-Generation Sequencing, NGS) – פריצת דרך בכימיה שחוללה שינוי עמוק במדעי הביולוגיה והרפואה. בשיתוף פעולה מכונן עם הכימאי הפיזיקלי דייוויד קלנרמן, הוא התקדם ממחקר על סינתזת DNA ברמת המולקולה הבודדת לפיתוח שיטה המאפשרת לרצף במקביל מספר עצום של מקטעי DNA על גבי משטח מוצק.

השילוב בין נוקלאוטידים מסומנים בפלואורופורים, מיקרופלואידיקה מתקדמת ואנזימי פולימראז בעלי דיוק גבוה הניח את הבסיס לטכנולוגיה שאותה ביקשו השניים להפוך לכלי מעשי באמצעות הקמתSolexa . התוצאה הייתה מהפכה של ממש: שיפור של פי מיליון במהירות ובעלות הריצוף, עד לאפשרות לרצף כיום גנום אנושי בעלות הנמוכה מ־200 דולר. החידושים שבלסוברמניאן היה שותף להם האיצו את התפתחות הגנומיקה והביואינפורמטיקה, ופתחו אפשרויות חדשות למחקר, לאבחון ולרפואה המודרנית.

פסקל מאייר

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת שטרסבורג, חברת αלפנוסוס

נימוק למתן הפרס:

"על פיתוח שיטות בעלות השפעה רחבת היקף לריצוף DNA בקנה מידה גדול ובעלות נמוכה, לקידום הרפואה הגנומית".

שותפים לפרס:

שנקר בלסוברמניאן

פסקל מאייר

דייוויד קלנרמן

שנקר בלסוברמניאן ודייוויד קלנרמן היו שותפים לפיתוח טכנולוגיה שחוללה מהפכה באופן שבו אנו קוראים DNA. עבודתם הניחה את היסודות לריצוף הדור הבא (NGS), המאפשר לרצף מיליוני מקטעי DNA במקביל, במהירות ובעלות נמוכה באופן דרמטי מבעבר. הטכנולוגיה הפכה את ריצוף הגנום מכלי מחקר יקר ואיטי לכלי נגיש ורב־עוצמה, והניעה את מהפכת הגנומיקה – מחקר מחלות וגידולים, אבחון גנטי ופיתוח טיפולים המותאמים למאפיינים הגנטיים של המטופל (רפואה מותאמת אישית).

פסקל מאייר נולד בשנת 1963 וגדל בסטירינג־ונדל (Stiring-Wendel), עיירה קטנה בחבל המכרות מוזל שבצרפת, שבה רבים מחברי ילדותו ציפו לקשור את עתידם בעבודה במכרות. מאייר דמיין לעצמו מסלול אחר. סקרנותו להבין כיצד דברים פועלים התגלתה כבר בילדות: כשהיה כבן שבע פירק את השנאי של רכבת הצעצוע החשמלית שלו, פשוט כדי לגלות מה מסתתר בתוכו. כנער שכנע את אביו לקנות לו מחשבון הניתן לתכנות, והשתמש בו כדי לערוך ניסויים ברשת עצבית. משיכתו למערכות מורכבות הובילה אותו לאוניברסיטת שטרסבורג, שבה הוצע מסלול הביופיזיקה שחיפש – מסלול יוצא דופן שבו, כפי שהוא נזכר, למדו באותה עת שני סטודנטים בלבד.

בקיץ 1996, בהשראת הדרך המדעית שעבר במהלך לימודי הדוקטורט והפוסט־דוקטורט, הגה פסקל מאייר את גישת מושבות ה-DNA ‏(DNA colonies) לריצוף DNA מקבילי בהיקף עצום. הגישה שילבה שיטה להכנה מקבילית של הדגימות במבחנה אחת, שבה DNA גנומי מפורק למקטעים ומוצמד לרצפי תחלים אוניברסליים, עם הגברת PCR המתבצעת ישירות על גבי משטח. כל מקטע DNA יצר מושבה מקומית של עותקים זהים. כך ניתן היה להפוך דגימות DNA מורכבות למערכים צפופים, שבהם לכל מושבה מיקום מוגדר וניתן לזיהוי, לצורך ריצוף DNA, גנוטיפינג בתפוקה גבוהה ויישומים גנומיים נוספים — ללא צורך בהגברה ייעודית ונפרדת של כל רצף מטרה.

בסוף שנת 1996 החל מאייר, יחד עם עמיתיו במכון למחקר ביו־רפואי של Glaxo Wellcome בז'נבה, לאמת את הרעיון בניסויים. בקשות לפטנט הוגשו ב־1 באפריל 1997. בכנס AMS בשנת 1998 הציג מאייר לראשונה בפומבי הוכחה ניסויית להיווצרותן של מושבות DNA ולקריאת רצפים ישירות מן המושבות, על בסיס עבודה שבוצעה במכון למחקר פרמצבטי של Serono.

בחברת Manteia קידמו מאייר וצוותו את הטכנולוגיה עד לכדי מערכת הדגמה תפעולית. בקיץ 2003 כבר שילבה המערכת תאי זרימה מיקרופלואידיים רב־ערוציים לביצוע אוטומטי של PCR וריצוף, כימיה של terminators הפיכים שפותחה ב-Manteia, הדמיית פלואורסצנציה אוטומטית וניתוח חישובי. בשלב זה אפשרה הטכנולוגיה להפיק ממושבות DNA בודדות קריאות ריצוף באורך של כעשרה בסיסים. הארכת הקריאות ושיפור האמינות והיציבות התפעולית נותרו יעדי פיתוח פעילים כאשר בעלת המניות העיקרית של Manteia החליטה לממש את נכסי החברה, ואלה הועברו ל־Solexa.

בהתבסס על מערכת ההדגמה התפעולית של Manteia, שילבה Solexa את טכנולוגיית מושבות ה-DNA עם כימיית הריצוף־באמצעות־סינתזה (sequencing-by-synthesis) הנפרדת שפיתחה, המבוססת על terminators הפיכים וחסומים בקצה 3′ ועל DNA פולימראזות משופרות. צוות Solexa, ובהם עמיתיו לזכייה שנקר בלסוברמניאן ודייוויד קלנרמן, המשיך בפיתוח הגישה המשולבת באמצעות תהליכים נרחבים של אינטגרציה, הנדסה ואופטימיזציה של ביצועיה. עבודה זו הובילה ליצירת פלטפורמת ריצוף יציבה ובעלת תפוקה גבוהה, שהפכה לבסיס לטכנולוגיית הריצוף של Solexa/Illumina.

פמלה ביורקמן

שייכות בעת הענקת הפרס:

קאלטק (Caltech), ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על פיתוח אסטרטגיות חדשניות פורצות דרך להתמודדות עם מנגנוני הגנה של נגיפים באמצעות גישות חדשות ממוקדות נוגדנים".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

פמלה ביורקמן (1956 , ארה"ב) היא פרופסור לביולוגיה ולהנדסה ביולוגית ע"ש דיוויד בולטימור במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech). ביורקמן גדלה בפורטלנד, אורגון, ארה"ב. היא קיבלה תואר ראשון בכימיה מאוניברסיטת אורגון ותואר דוקטור בביוכימיה וביולוגיה מולקולרית מאוניברסיטת הרווארד. במהלך לימודיה לדוקטורט ולאחר מכן כפוסט-דוקטורנטית במעבדתו של דון ויילי בהרווארד, היא פענחה לראשונה את המבנה התלת-ממדי של מולקולת MHC (קומפלקס התאמת רקמות עיקרי) הממלאת תפקיד מרכזי בזיהוי החיסוני של תאים נגועים. מולקולה זו מציגה ללימפוציטים מסוג T חלקים של פתוגנים שעלולים להיות מסוכנים, וכך מאפשרת למערכת החיסון לזהות ולפעול נגד איומים פוטנציאליים. לאחר מכן המשיכה ביורקמן את הכשרתה הפוסט-דוקטורלית באוניברסיטת סטנפורד עם מארק דייוויס, שם חקרה קולטנים של תאי T. בשנת 1989 הצטרפה לסגל האקדמי של Caltech.
ביורקמן הקדישה עשרות שנים לחקר האופן שבו מערכת החיסון מזהה פתוגנים פולשים, במטרה לפתח טיפולים חדשניים המשפרים את תגובתה. מחקריה מתמקדים במבנה ותפקוד של מולקולות המעורבות בזיהוי פני השטח של תאים, ובפרט באלו המתווכות את זיהוי מערכת החיסון. היא חוקרת תגובות חיסוניות למגוון רחב של פתוגנים ויראליים במטרה לפתח טיפולים וחיסונים משופרים.
פמלה ביורקמן תרמה תרומות משמעותיות בארבעה תחומים שונים במהלך הקריירה שלה. הראשון היה פתרון המבנה של אנטיגן MHC מסוג I, הישג משמעותי ששינה את ההבנה של זיהוי אנטיגנים על ידי תאי T. השני, היה אפיון האבולוציה של חלבונים הקשורים ל- MHC אשר חשף כיצד ניתן לכוון אנטיגנים מסוג MHC על ידי מערכות אחרות שאינן תלויות בזיהוי תאי T. השלישי, במסגרת חיפוש אחר דרכים ליצור תגובה חיסונית יעילה קלינית נגד נגיף ה- HIV , היא הדגימה את החשיבות הגדולה של אסטרטגיות חיסון המתמקדות באפיטופים שמורים כדי להתגבר על וריאנטים ויראליים. לבסוף, מאז פרוץ מגפת SARS-CoV-2, היא הובילה מחקרים למיפוי מבנים בחלבון הספייק של הקורונה המזוהים על ידי נוגדנים וייחסה זאת לשינויים בעקבות האבולוציה המהירה של הנגיף. בהמשך היא פיתחה אסטרטגיה חדשה, המבוססת על מגבלות מבניות של נוגדנים, לעיצוב אימונוגנים שמטרתם לעורר מגוון נוגדנים רחב כנגד נגיפים ממשפחת הקורונה.
הקריירה של ביורקמן מייצגת יצירתיות מתמשכת והשפעה יוצאת דופן, המשלבת מחקר בסיסי ומדע יישומי רפואי ברמה הגבוהה ביותר.

עבודתה החדשנית של ביורקמן פורצת דרך בהבנה ובעיצוב גישות יעילות יותר להתגוננות מפני נגיפים. מחקריה על HIV הדגישו את חשיבותם של נוגדנים המזהים חלקים קבועים בחלבוני מעטפת הנגיף. עם זאת, חלבוני מעטפת נגיפיים מתקפלים לעיתים קרובות באופן שמקשה על מערכת החיסון לזהות חלקים שמורים, תוך שהם מאפשרים לנגיף למוטט בקלות את החלקים החשופים מבלי לפגוע בכשירותו. כדי להתגבר על כך, ביורקמן פיתחה גישה חדשנית לבחירת נוגדנים המזהים חלקים שמורים בין זנים נגיפיים שונים. עבודה חלוצית זו מייצגת פריצת דרך רעיונית וצפויה להיות בעלת יישומים רחבים בהרבה. מחקריה של פמלה ביורקמן פותחים אשנב לפיתוח חיסונים עתידיים שיתמודדו עם האתגרים הגדולים ביותר של האנושות בתחום החיסונים.

מרדכי (מוטי) הייבלום

שייכות בעת הענקת הפרס:

מכון ויצמן למדע, ישראל

נימוק למתן הפרס:

"על תרומתם להבנת התכונות הייחודיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות בשדות מגנטיים חזקים".

שותפים לפרס:

מרדכי הייבלום

ג'ייננדרה ג'אין

ג'יימס אייזנשטיין

מרדכי (מוטי) הייבלום (1947 ,ישראל) פיזיקאי ומהנדס חשמל, קיבל תואר ראשון בטכניון בשנת 1973 , תואר שני באוניברסיטת קרנגי מלון, ארה"ב בשנת 1974 , ותואר דוקטור בשנת 1978 מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. כולם בהנדסת חשמל. את הקריירה שלו החל במרכז המחקר תומאס ג'יי ווטסון של IBM , שם עבד במשך 12 שנים. בשנת 1990 שב הייבלום לישראל כדי להקים את המרכז התת-מיקרוני למחקר התקני מוליכים- למחצה ממוזערים במכון ויצמן למדע, בו הוא משמש כמנהל מאז היווסדו. בנוסף, הוא ייסד ועמד בראש המחלקה לפיזיקת חומר מעובה, והוא מכהן בקתדרה על שם אלכס ואידה סוסמן למחקרים תת-מיקרונים.

שלושת הזוכים הובילו להבנה מעמיקה של אפקט הול הקוונטי השברי. תופעה זו, (שזיכתה את מגליה בפרס נובל), מתרחשת בשכבת אלקטרונים דקה שעליה פועל שדה מגנטי חזק: הזרם החשמלי נראה כאילו הוא נישא על ידי חלקיקים שמטענם החשמלי הוא שבר של מטען האלקטרון.

ד"ר ג'אין פיתח מסגרת תאורטית להבנה אינטואיטיבית של התופעה, כאשר הציג את החלקיק בעל המטען ״השבור״ כ״פרמיון מרוכב״: אלקטרון המחובר לגליל דמיוני בו כלוא שטף מגנטי. הרעיון המהפכני של ד״ר ג’אין-מערכת שבה מספר רב של אלקטרונים שביניהם אינטראקציות חזקות יכולה להיות מתוארת על ידי חלקיקים מרוכבים שביניהם אינטראקציות חלשות- מסבירה במלואה את תופעת הול השברית. חלקיקים מרוכבים אלו ידועים כיום כ״מצבי ג’אין״. חישובים שנעשו במסרגת התאורטית התאימו להפליא לתוצאות מחקרים נומריים והסבירו תוצאות ניסיוניות, במיוחד של ניסויים (שבהם צפיפות האלקטרונים התאימה לערך השברי 5/2) שמצאו התנהגות הדומה במידת-מה לזו של מוליך-על.
ד"ר הייבלום הוביל את חקר חלקיקים אקזוטיים אלה במעבדה. באמצעות פיתוח חומרים (חצאי-מוליכים) בדרגת ניקיון גבוהה במיוחד ושימוש בטכניקות של התאבכות אלקטרונית, סיפקה הקבוצה של הייבלום עדויות ישירות לקיומו של מטען שברי ואימתה מספר תחזיות יסודיות, כמו הסטטיסטיקה האנומלית (זו שנמצאת בין הסטטיסטיקה של פרמיונים לזו של הבוזונים). ניסוי מרכזי בקבוצתו של הייבלום גילה במפתיע הולכת חום מקוונטטת בחומר בו צפיפות האלקטרונים מתאימה לערך השברי 5/2 . הניסוי הזה מאשש את התחזית כי הפרמיונים המרוכבים הינם פרמיוני מאיורנה בעלי המטען השבור, שלהם השלכות אפשריות על מחשוב קוונטי.
ד”ר אייזנשטיין היה שותף לגילוי מצב הול הקוונטי השברי המתאים לערך 5/2 , והמשיך לחקור פאזות אקזוטיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות. מחקריו כוללים גילוי של מצב אנאיזוטרופי שבו ההתנגדות הנמדדת לאורך כיוון מסוים גדולה באופן משמעותי מההתנגדות בכיוון המאונך לו, תופעה המזכירה גביש נוזלי. השיטות שפיתח ד”ר אייזנשטיין להפרדת שכבות מגע של אלקטרונים בודדים, אפשרו להבין את התנועה המתואמת של זוגות אלקטרון-חור בשתי השכבות. באופן כזה הוא ראה בניסוי את עיבוי בוז-איינשטיין, תצפית פורצת דרך בתחומה.
הענקת פרס וולף לשנת 2025 לשלושת הפיזיקאים האלה מהווה הכרה בתרומותיהם יוצאות הדופן לחקר חומרים קוונטיים, והשפעותיהן מרחיקות הלכת על טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות.