17 декабря по пекинскому времени на официальном веб-сайте журнала «Science» были объявлены результаты отбора на «Научный прорыв 2021 года». Давайте вместе взглянем на основные открытия, сделанные научным сообществом в этом году.

1. Искусственный интеллект предсказывает структуры белков

В июле этого года всемирно известная команда по созданию искусственного интеллекта DeepMind объявила, что использовала интеллектуальное программное обеспечение AlphaFold для прогнозирования структуры почти всех белков, экспрессируемых людьми, а также почти полных групп белков 20 других модельных организмов. Предсказывание структуры белка с помощью ИИ обеспечит широкий спектр его применений, даст представление об основах биологии и выявит потенциальные мишени для лекарств. В ноябре исследователи из Германии и Соединенных Штатов использовали AlphaFold2 и криоэлектрическую микроскопию для картирования структуры комплекса ядерных пор. В августе китайские исследователи использовали альфа-сворачивание 2 для картирования структуры почти 200 белков, которые связываются с ДНК. Теперь ученые используют альфа-сворачивание 2 для имитации эффектов мутаций в мутантном спайковом белке «омикрона». При вставлении в белок более крупных аминокислот, мутация меняет свою форму, и этого может быть достаточно, чтобы предотвратить связывание антител с ним и нейтрализовать вирус.

2. Открыта древняя сокровищница ДНК

Недавно ученые обнаружили большую сокровищницу древней ДНК в пещерном грунте. Исследователи используют эту «грунтовую ДНК» для реконструкции идентичности пещерных людей по всему миру. В пещере Galeria de las Estatuas в Испании ядерная ДНК выявила генетические характеристики и пол людей, которые жили там между 80 000 и 113 000 лет назад, и показала, что одна линия неандертальцев заменила несколько других линий после ледникового периода, который закончился 100 000 лет назад. В 25 000-летней почве пещеры Сацурблия в Грузии ученые обнаружили геном женщины-человека из ранее известной линии неандертальцев, а также генетические следы бизонов и ныне вымерших волков. Сравнивая ДНК 12 000-летних черных медведей из пещеры Чикиуите в Мексике с ДНК современных медведей, ученые обнаружили, что после последнего ледникового периода потомки черных медведей из пещеры мигрировали на север, а точнее на Аляску.

3. Осуществлен исторический прорыв в области термоядерного синтеза

В августе в американском научном комплексе для осуществления инерциального термоядерного синтеза с помощью лазеров (NIF) была произведена реакция термоядерного синтеза, которая дала больше энергии, чем лазерная энергия, необходимая для ее нагрева. NIF использует импульсы от самого высокоэнергетического лазера в мире для сжатия капсул размером с горошину перца изотопов водорода дейтерия и трития. Этот метод производит 170 кДж термоядерной энергии излучения, что намного ниже, чем 1,9 МДж лазерного ввода, однако запись от 8 августа показала, что полученная энергия возросла до 1,35 Мдж. Исследователи полагают, что это результат горения плазмы, а это означает, что в результате реакции синтеза выделяется достаточно тепла, чтобы распространиться по сжатому топливу подобно пламени.

4. Появление мощных антикоронавирусных лекарственных препаратов

Данные показывают, что противовирусный лекарственный препарат от компании Merck & Co. молнупиравир может снизить риск госпитализации или смерти в невакцинированных группах высокого риска на 30%. А если начать принимать противовирусный препарат Pfizer PF-07321332 в течение после 3 дней после появления симптомов, то он снизит вероятность госпитализации на 89%. Ученые подчеркивают, что противовирусные препараты не могут заменить вакцинацию, но они по-прежнему остаются необходимыми. Если новые мутации «омикрона» приведут к резкому росту числа прорывных инфекций, важность этих препаратов станет еще более заметной.

5. MDMA снимает симптомы ПТСР

Многоцентровое рандомизированное контролируемое исследование показало, что 3,4-метилендиоксиметамфетамин (MDMA), обычно называемый «экстази», значительно уменьшает симптомы пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). Из 76 испытуемых некоторые прошли 3 курса лечения MDMA, а некоторые – курсы лечения психотерапией. Через 2 месяца у 67% пациентов, получавших MDMA, больше не было симптомов ПТСР, по сравнению только с 32% в группе, использующей только психотерапию.

6. Моноклональные антитела для лечения инфекционных заболеваний

В этом году моноклональные антитела (mAb) начали проявлять свое действие против нового коронавируса и других опасных для жизни патогенов, включая респираторно-синцитиальный вирус (RSV), ВИЧ и малярию. К концу этого года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на экстренное применение трех моноклональных антител, используемых для лечения нового коронавируса. Ученые также разрабатывают препараты на основе моноклональных антител против гриппа, вируса Зика и цитомегаловируса. Большие надежды возлагаются на два лекарственных препарата-кандидата, направленных на профилактику всех респираторно-синцитиальных вирусов у младенцев. Моноклональные антитела также могут стать «стандартным орудием» в лечении инфекционных заболеваний.

7. Insight впервые раскрывает внутреннюю структуру Марса

С момента «приземления» на Марсе марсоход Insight от NASA зафиксировал примерно 733 марсотрясений на месте своей посадки. Основываясь на данных 35 марсотрясений, ученые определили внутреннюю структуру Марса и оценили размер марсианского ядра, структуру мантии и толщину его коры. Это также первый случай, когда ученые использовали сейсмические данные для исследования недр планеты, отличной от Земли. И это важный шаг в понимании формирования и тепловой эволюции Марса.

8. В стандартной модели физики элементарных частиц появились «трещины»

7 апреля эксперимент с измерением аномалии магнитного момента мюона, проведенный Национальной лабораторией им. Энрико Ферми в США, показал, что поведение мюона не соответствует теоретическому прогнозу Стандартной модели. В отчете об исследовании сообщалось, что мюона, огромная нестабильная электроноподобная частица, обладает большей магнитной силой, чем первоначально предполагалось. Кроме того, ускоритель протонов также может производить мюоны в больших количествах. В настоящее время исследователи тщательно проверяют результаты расчетов этого года. Если это подтвердится, и расхождение между теоретическими и экспериментальными результатами сохранится, это может означать провал 50-летней Стандартной модели физики элементарных частиц или открыть путь радикальных преобразований в физике.

9. Впервые продемонстрирована эффективность терапии генного редактирования CRISPR на людях

CRISPR – инструмент для редактирования генов, впервые был применен для лечения или излечения пациентов с серповидно-клеточной анемией и бета-талассемией в 2020 году. В этом году ученые пошли еще дальше и внедрили CRISPR-Cas9 непосредственно в организм человека. В небольших исследованиях эта стратегия снижала содержание токсичного белка в печени и умеренно улучшала зрение пациентов с наследственной слепотой. 26 июня ученые из фармацевтических компаний Intellia Therapeutics и Regeneron Pharmaceuticals  протестировали свой метод лечения на шести пациентах с редким заболеванием, называемым транстиретиновым амилоидозом. Результаты показали, что аномальные уровни белка у всех участников снизились, а уровни белка у двух человек, получивших инъекции в высоких дозах, снизились в среднем на 87%.

10. Культура отделенных эмбрионов открывает новое окно для исследований раннего развития

Обычно время роста отделенных эмбрионов самок мышей составляла всего 3-4 дня. Но в марте команда ученых сообщила о плане продлить этот период до 11 дней. Ожидается, что прогресс в исследованиях проложит путь к рождению людей вне утробы матери. Кроме того, ученые разработали альтернативы ключевой эмбриональной стадии, известной как «бластоциста». Группа исследователей воспроизвела бластоцисту из эмбриональных стволовых клеток человека и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPS). Другое исследование показало, что клетки кожи, трансформированные в индуцированные плюрипотентные клетки, образуют структуры, похожие на бластоцисту. Эти искусственные бластоцисты не являются настоящими эмбрионами, но некоторые из них могут быть использованы в качестве руководящей и менее спорной альтернативы. В мае этого года Международное общество исследования стволовых клеток (ISSCR) объявило об отмене «правила 14 дней» для культуры человеческих эмбрионов, что еще больше активизировало исследования в этой области.