Фаховий журнал “Science” відзначив 10 наукових досягнень 2021 року. Серед них нова медична терапія, прогрес в ядерному синтезі, а також генетичні вказівки на доісторичний спосіб життя. Найважливішим проривом року в “Science” назвали розшифрування білкової структури з допомогою системи штучного інтелекту – це може суттєво послужитися розвитку всіх сфер медицини.
Зображення: theasis/ Getty images.
Щороку, незадовго перед Різдвом, фаховий журнал “Science” оголошує список наукових відкриттів, що, на думку редакторів, стали досягненнями року, і так здійснює ще один науковий огляд. У топ-10 потрапляють наукові події та відкриття, особливо перспективні й вагомі в своїх галузях. Одне досягнення отримує звання “прориву”: 2020 року ним стало створення вакцини проти Covid-19, а 2019-го – перше фото чорної діри.
Проривом 2021 року редактори “Science” назвали розшифрування коду формування структур білків, здійснене системою штучного інтелекту: одразу два адаптивні алгоритми змогли передбачити тривимірну структуру протеїну лише на підставі послідовності його амінокислот – те, що раніше вважали практично неможливим. Адже теоретично для довших амінокислотних ланцюгів варіантів згортання існує більше, ніж зір у космосі.
Водночас тривимірна структура протеїну така складна, що навіть картування з найновішою лабораторною технікою може тривати роками. Тож досі вдавалося розшифрувати лише близько одного процента білків.
Амінокислотні ланцюги білка складно згортаються і переплітаються на кількох рівнях. Зображення: ttsz/ Getty images.
Але зараз це змінилося. Обидва адаптивні алгоритми – AlphaFold від DeepMind дослідницького центру Google і RoseTTAFold від Мерилендського університету – розпізнали приховані закономірності згортання білків.
Відтоді обидва “білкові хакери” розшифрували структуру 350 000 протеїнів у людському тілі та понад тисячу інших білків. “Це прорив одразу з двох підстав, – коментує головний редактор “Science” Голден Торп (Holden Thorp). – Передусім, відкриття розв’язало завдання, що вже майже 50 років не сходило з порядку денного. По-друге, це новаторська технологія, що здатна неймовірно пришвидшити науковий поступ”.
Також у сфері фізики здійснили два інші “досягнення” за версією “Science”. В серпні ядерний експеримент американського Національного комплексу лазерних термоядерних реакцій вперше досягнув рекордних показників виробленої енергії. Опромінюючи суміш дейтерію та тритію лазерними променями, ядерний синтез вивільнив 1,35 мегаджоуля енергії і при цьому екстремально наблизився до точки беззбитковості (“breakeven”-point). Вона позначає ту міру, коли синтез продукує більше енергії, ніж споживає.
Друге фізичне досягнення стосується можливого доказу існування частинок або інших сил по той бік стандартної фізичної моделі. Експеримент Мюон-g2 в США виявив суттєві відхилення в аномальному магнітному моменті мюона. Коли цей важкий “брат” електрона перелітав магнітне поле, поводився інакше, ніж мав би. Це може вказувати на те, що при цьому мюон реагує на досі невідомий фізичний вплив.
Наступна відзнака 2021 року стосувалася далекого минулого: одразу кілька наукових команд спромоглися ізолювати ДНК неандертальця або наших предків з печерного осаду, якому тисячі років. Ці доісторичні ДНК надають цінні свідчення про походження, спорідненості та спосіб життя наших предків.
Сейсмічні дані зонда Mars InSight дали початкову інформацію про внутрішню роботу нашої сусідньої планети. Зображення: Chris Bickel, Science/AAAS, Mars InSight SEIS
Позаземне – фокус наступного досягнення: космічний корабель InSight з допомогою сейсмічних вимірювань вперше надав детальнішу інформацію про внутрішнє життя Червоної планети. Виявилося, що наша планета-сусід наділена на диво тонкою, проте багатокомпонентною корою, але не має нижньої мантії. Крім того, ядро планети здається більшим і легшим, ніж досі припускали.
Серед інших досягнень “Science” – кілька медичних відкриттів. Зокрема препарати для вироблення антитіл проти Covid-19 й інших інфекційних захворювань, а також перші ліки в формі таблеток проти коронавірусу. Антивірусні активні речовини Molnupiravir від Merck і Paxlovid від Pfizer у клінічних дослідженнях суттєво знизили ризик смерті й тяжкого перебігу Covid-19.
Медичним досягненням редактори Science також назвали першу генетичну терапію з допомогою генетичних ножиць CRISPR/Cas, які застосовували безпосередньо на тілі пацієнта. Метод виправляв генетичні дефекти, що призводили до захворювання очей та ушкоджень печінки.
Третім медичним досягненням стало застосування психоделіків проти різних психічних захворювань. “Магічними грибами” зі вмістом псилоцибіну науковці допомогли пацієнтам з тяжкою, стійкою до лікування депресією. Інша команда успішно застосувала вид екстезі – відомий як MDMA – проти посттравматичного стресового розладу.
До фундаментальних досліджень належить розвиток технології, завдяки якій у лабораторії можна розвинути людські ембріони на ранніх стадіях розвитку – з клітин. Ці бластоцисти – не життєздатні, але дають змогу досліджувати важливі етапи ембріонального розвитку, не здійснюючи жодних дій на справжніх ембріонах.
Nadja Podbregar
Die „Science“-Highlights des Jahres 2021,
Science, doi: 10.1126/science.abn5795
American Association for the Advancement of Science (AAAS), 17/12/2021
10.01.2022