Содержание
Пять прорывных направлений в биологии, которые сделают жизнь лучше
Темпы развития машинного обучения и обработки больших данных приводят к новым научным открытиям, которые улучшают качество и продолжительность жизни человека. Соучредитель образовательной компании KOL Answer Петр Старокадомский рассказывает в колонке для Forbes, какие открытия в области биологии были самыми главными в 2021 году и благодаря чему они стали возможны
Первый за 40 лет ингибитор белка k-Ras для лечения рака
Одной из сенсаций биотеха в этом году стало одобрение американским Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) препарата Lumarkras (Sotorasib) — первого низкомолекулярного ингибитора (подавляющее или замедляющее то или иное действие вещество) белка k-Ras.
Ген k-Ras регулирует деление клеток, и его мутации часто ассоциированы с онкологическими заболеваниями — они обнаруживаются в 25% всех опухолей.
Однако десятилетиями k-Ras оставался недостижимым для использования лекарств. И через 40 лет с момента его открытия, в мае 2021 года FDA одобрило препарат Lumarkras для лечения немелкоклеточного рака легких, вызванного мутацией k-Ras G12C. При этом одобрение было выдано досрочно, на два месяца раньше срока, что говорит об однозначном клиническом успехе нового лекарства.
Неприступная ранее мишень была покорена благодаря новой технологии, когда молекула лекарства присоединяется к белку ковалентно — такой тип новых лекарств получил название «ковалентные ингибиторы». Это изобретение опирается на новейшие подходы к скринингу лекарств, более осмысленное понимание природы заболеваний: оно стало возможным за счет скоординированной работы тысяч врачей, химиков, биоинформатиков и молекулярных биологов.
Ковалентные ингибиторы позволят заново переосмыслить возможности старой доброй химии для клинической медицины. Онкология, нейродегенеративные заболевания, инфекции или метаболические нарушения — многие из болезней развиваются за счет нарушения функций мутантных белков, а ковалентные ингибиторы помогут врачам устранять вредоносные белки с минимальными побочными эффектами.
Материал по теме
Биомолекулярные конденсаты как новая клиническая мишень
Все живое состоит из клеток, которые можно дальше разделить на цитоплазму, ядро и многочисленные мембранные органеллы. Весь прошлый век общепринятой была парадигма, что все процессы ассоциируются с теми или иными мембранными структурами, которые делят клетку на отдельные биореакторы. Однако с накоплением экспериментальных данных стало понятно, что многие клеточные процессы протекают в структурах нового типа, названных безмембранными биомолекулярными конденсатами. Конденсатами их назвали за счет способности избирательно концентрировать те или иные молекулы в том или ином месте. Образно это можно представить как бизнес-митинг — по определенному сигналу молекулы нескольких профессий объединяются в одном месте для решения задачи, а после выполнения работы молекулы возвращаются в свободное плавание.
Оказалось, что сотни безмембранных конденсатов постоянно работают в наших клетках.
Более того, нарушения их работы приводит к хроническим заболеваниям, а образование или растворение конденсатов прямо влияет на эффективность лечения того или иного метаболического процесса. В следующем году первые лекарственные кандидаты, модулирующие биомолекулярные конденсаты, начинают первые доклинические испытания на животных. В случае успеха, следующие годы могут привнести новое направление в фармакологии и биотех, вписав концепцию конденсатов в терминологию онкологии, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваний.
мРНК и вирусные вакцины как препараты будущего
Этот год сильно отличается от предыдущего, если говорить про коронавирус и пандемию. Общество смогло защититься во многом благодаря быстрому запуску производств вакцин против COVID-19, две из которых (Pfizer-BioNTech и Moderna) являются новейшими мРНК вакцинами, а три других (AstraZeneca, Sputnik, J&J-Janssen) — другой новой платформой для аденовирусной доставки лекарства.
В вакцинах используются разные технологии, однако они стабильно снижают вероятность развития тяжелой формы COVID-19 и сокращают число госпитализаций и смертей.
Пандемия внезапно вывела в топы еще год назад слабо знакомые большинству инвесторов темы РНК-технологий и аденовирусной доставки. И оказалось что эти технологии безграничны — на их основе сегодня разрабатывается и испытывается сотни генных терапий и противораковых вакцин. Этот год принес понимание, как масштабировать и организовывать логистику таких препаратов, а фарма снова показала свои лучшие стороны, справившись с очень сложными задачами. Однако главное, что произошло в 2021 году — это огромный массив клинических и пост-клинических данных по использованию двух новейших типов вакцин, что значительно ускорит разработку новых — не только от инфекций, но и для коррекции других хронических заболеваний.
Материал по теме
Искусственный интеллект и моделирование сворачивания белка
Первые шаги в создании ингибитора k-Ras были сделаны на компьютерных моделях, когда очень точную пространственную структуру белка использовали как «замок» для подбора «ключа» — малых молекул, которые бы узнавали мутантные белки и не связывались бы со здоровыми.
Для подобных расчетов требуется иметь точную 3D-модель белка-мишени. Раньше это делали только в качестве эксперимента, что долго и дорого. Кроме того, в организме более 20 000 разных белков, и 3D-структуру каждого из них получить невозможно технически.
3D-модель k-Ras белка (справа) по ее его генетическому коду (в виде спирали) AlphaFold
Поэтому в течение долгого времени несбыточной мечтой была идея научить компьютер строить 3D-модель любого белка по его генетическому коду. И наконец в этом году подразделение Alphabet по разработке искусственного интеллекта DeepMind объявило о создании ИИ-усиленного алгоритма AlphaFold. С помощью метода глубокого обучения, алгоритм научился предсказывать структуру любого белка с нужной точностью, а в июле 2021 года почти 99% всех белков человека были выложены в свободный доступ через базу данных Alphafold.
AlphaFold — это гигантский прорыв в понимании мира биологии. Точное моделирование белков открывает возможности для глубинного понимания природы заболеваний и подбора лекарств, а также для создания кибернетических моделей организма для проведения клинических испытаний новых типов лекарств на компьютерных симуляторах, вместо того, чтобы рисковать здоровьем пациентов и добровольцев.
Материал по теме
Симбиоз человеческого мозга и компьютера
Этим летом, ученые Гарварда в сотрудничестве с Google опубликовали первую 3D-схему одного кубического миллиметра мозга человека. Несмотря на микроскопический объем, схема содержит точное картирование всех активных соединений (говоря по-научному — синапсов, которых насчитали 133 млн на кубический миллиметр) между 57 000 нейронов.
Хотя такой объем представляет собой одну миллионную размера мозга человека, понимание комплексности наших нейросетей критически необходимо для развития терапий нейрозаболеваний, вроде болезни Альцгеймера, и когнитивных искажений. Опубликованная летом статья на bioxriv.org представляет собой фундамент будущих открытий нейробиологии, а по сути является первым шагом к мечте любого нейробиолога — полностью интерактивной карты головного мозга. Сможем ли мы ответить с помощью такой модели на вопросы типа «Что есть наш интеллект»? Вряд ли.
Однако понимание структуры любого органа с такой точностью неминуемо открывает новые горизонты для старательных исследователей.
Например, это очень важно для разработки нейрокомпьютерного интерфейса. Тут невозможно не вспомнить успехи в области телепатического управления компьютером. В основе технологии — ультрачувствительные электроды, вживляемые в мозг пациента.
Самым запоминающимся в этом году была демонстрация телепатической игры в компьютерный теннис обезьянки из лаборатории компании Илона Маска Neuralink. Позитивный посыл очевиден: появились технологии, позволяющие парализованным людям, замкнутым в своем теле, продолжать общение с миром.
Работы в этом направление успешно ведет не только Neurolink.
Например, компания Synchron в этом году получила зеленый свет на испытания электрода, который позволит парализованным управлять своей жизнью через компьютер без операции на черепе — электрод будет доставляться через кровеносные сосуды, что значительно упрощает процедуру.
Поскольку ввод данных является самым медленным этапом работы на компьютере, мгновенное управление своими гаджетами будет востребовано и вне клинических условий. Развитие нейрокомпьютерного интерфейса неминуемо приведет к созданию кибер средств для мониторинга состояния здоровья пациентов за пределами больницы. Но постепенно гаджеты нового типа попадут и на немедицинские рынки — для военных, полицейских, а позже и для широкой публики будут предложены чипы для усиления своей индивидуальности в метавселенных, для облегчения общения с друзьями и обмена данными с работодателем. Ведь кто откажется от возможности телепатического ввода текста на компьютере, заказа вина в ресторане силой мысли, или возможности распечатать на принтере картину своей мечты прямо из головы? Особенно, если для это уже не требуется делать трепанацию черепа.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Список людей года по версии Nature «захватили» биологи и экологи
Журнал Nature опубликовал свой традиционный список людей года. По сравнению с предыдущими годами, в нем стало больше биологов и экологов. Не обошлось также без квантового превосходства, CRISPR-редактирования генома, «оживления» свиной головы и Греты Тунберг.
Каждый год журнал Nature завершает списком из 10 людей года — тех, кто особенно проявил себя в разных сферах науки. Среди них встречаются как ученые, которые совершают открытия, так и другие люди: политики, юристы, экологические активисты и даже пациенты — как, например, Эмили Уайтхед, которая попала в список 2017 года, потому что стала первым человеком, победившим рак с помощью генной терапии CAR-T.
В последние годы в десятке Nature оказывался один антигерой — человек, который сделал действительно много, но не в поддержку науки, а для борьбы с ней.
В этот раз обошлось без антигероя, причем биологи и экологи всерьез потеснили физиков и общественных деятелей.
Список открывает человек, который сам пострадал от антигероя — Рикардо Гальван (Ricardo Galvão). Это пожилой бразильский физик из Национального Института Космических Исследований случайно вошел в историю как борец за экологию и права ученых. Группа под его руководством опубликовала отчет об исчезновении лесов в долине Амазонки. Сама по себе эта проблема не нова, но в 2019 году ученые зафиксировали резкие изменения. Их отчет раскритиковал президент Бразилии, обвинив Гальвана в искажении данных и сговоре с защитниками окружающей среды. В ответ на это Гальван открыто назвал президента трусом, за что и лишился своей должности.
Еще один представитель фракции экологов в списке — Сандра Диаз (Sandra Díaz), сопредседатель Межправительственной группы экспертов по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES). В частности, она координировала работу исследователей в 51 стране мира, результатом которой стал обзорный доклад по влиянию человека на биоразнообразие.
На полутора тысячах страниц эксперты подробно рассказали о том, как оно менялось до сих пор, и предупредили, что около миллиона видов растений и животных могут исчезнуть с лица Земли в ближайшие десятилетия.
В список также попали двое физиков. Первый — Виктория Каспи (Victoria Caspi), главный исследователь по поиску быстрых радиовсплесков в канадской коллаборации CHIME. До недавнего времени их было зафиксировано всего два, но в 2019 году команда Каспи обнаружила еще восемь — тем самым значительно увеличив количество информации об этих пока загадочных феноменах. Второй из физиков — Джон Мартинис, глава лаборатории Google, которая занимается квантовыми компьютерами. В конце октября его группа сообщила о том, что достигла квантового превосходства, то есть решила задачу, непосильную для современных суперкомпьютеров.
Каждый год Nature отмечает в своем списке людей, которые борются за соблюдение этических принципов в науке — например, гендерного равноправия или честности публикуемых данных.
В этот раз таким человеком стала австралийский биоэтик Венди Роджерс (Wendy Rogers). С 2016 года она руководит консультативной группой при международной коалиции, которая призвана остановить нарушения закона при трансплантации органов в Китае — есть подозрения, что многие из этих органов получены от тюремных заключенных. Группа Роджерс внимательно анализировала статьи китайских врачей, связанные с трансплантацией. Сейчас около двух десятков таких работ отозваны из журналов — их авторы не смогли внятно объяснить происхождение донорских органов. А недавно группа Роджерс проанализировала отчет китайских властей о программе донорства и нашла в нем следы фальсификации данных.
Также Nature отметил работы четырех биологов. Йоханнес Хайле-Селассие (Yohannes Haile-Selassie) обнаружил новый, неожиданно хорошо сохранившийся, череп анамского австралопитека. Этот череп относился к тому историческому периоду, по которому палеоантрополгам не хватало данных — 3,8 миллионов лет назад. Восполнив пробел в знаниях по этому периоду, Хейл-Селасси опроверг одно из предположений в области эволюции человека.
Ранее считали, что афарские австралопитеки (к которым относится знаменитая Люси) произошли от анамских, однако новое открытие показало, что как минимум сотню тысяч лет два вида существовали параллельно.
Хункуй Дэн (Hongkui Deng) удостоился упоминания за то, что продемонстрировал безопасность
CRISPR-отредактированных клеток
для лечения ВИЧ-инфекции. Правда, эффективным его лечение не было — виной тому слишком низкий процент редактирования — однако главную свою цель, отсутствие побочных эффектов, он зафиксировал и создал полезный для клинической практики прецедент.
Не обошлось и без разговора о, вероятно, самом спорном эксперименте года — частичном восстановлении функций в мозге свиньи через четыре часа после смерти. СМИ называли его оживлением и воскрешением из мертвых и фантазировали о том, какие мысли могли бы появиться в таком мозге. Однако руководитель работы Ненад Сестан (Nenad Sestan) утверждает, что о каком бы то ни было воскрешении речи здесь не идет. Его группа просто показала способ поддерживать жизнеспособность нервных клеток в течение нескольких часов — что может быть полезно, например, при долгих операциях на мозге или клинической смерти.
Наконец, Жан-Жак Муембэ Тамфем (Jean-Jacques Muyembe Tamfum), один из первых исследователей эболавируса, сейчас отмечен Nature за заслуги в борьбе с эпидемией лихорадки Эбола в Конго. Муембе координирует не только работу по предотвращению распространения болезни, но и клинические испытания. В частности, благодаря ему мы знаем о том, что от лихорадки существуют эффективные лекарства, а в ноябре 2019 года была официально одобрена первая вакцина.
Завершает список Nature Грета Тунберг. Вслед за журналом Time, Nature оценил усилия, которые она приложила, чтобы привлечь внимание людей к проблеме изменения климата — в том числе, и молодых людей, которые вольются в научное сообщество в ближайшем будущем.
Вслед за основным списком Nature публикует небольшой постскриптум-тизер на 2020 год. В него входят те, кому еще только, возможно, предстоит внести свой вклад в мировую науку, кто балансирует на грани между рядовым исследованием (и, возможно, даже скандалом) и значительным открытием.
Среди тех, за кем Nature призывает внимательно следить в будущем году, есть два человека, о которых мы уже рассказывали — это Гэн Мейюй, под руководством которой в Китае разработали новое (и вызывающее множество вопросов) лекарство от болезни Альцгеймера, и Денис Ребриков, российский биолог, который разрабатывает технологию генетического редактирования эмбрионов.
Полина Лосева
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Величайшие ученые 21 века
21 век стал свидетелем огромных успехов в области науки и техники. Без сомнения, самое большое достижение в этом можно отнести к смелым и дальновидным ученым, которые не боятся раздвигать границы того, что мы считаем возможным. И поскольку инженеры бывают разных форм, все они во многом меняют то, как устроен наш мир. Они революционизируют то, как мы общаемся, путешествуем и воспринимаем мир и вселенную в целом. Некоторые даже приложили руку к тому, чтобы отправить нас на разные планеты и изменить наши гены способами, которые мы не могли себе представить.
Кто на данный момент является величайшими учеными этого века?
Ознакомьтесь с нашими списками инженерных вакансий
Андрей Константин Гейм
Физик из Манчестерского университета Гейм получил Нобелевскую премию по физике вместе с Константином Новоселовым за работу над графеном в 2010 году. листы атомной толщины. Признанный самым тонким материалом в мире, а также одним из самых прочных и твердых материалов, он представляет собой превосходную альтернативу кремнию с широким спектром применения. Его исследования по мезоскопической физике и сверхпроводимости также весьма перспективны.
Новоселов Константин Сергеевич
Известный своей работой с Андреем Геймом по открытию и изучению графена, работа Новоселова включает 49 статей, в основном по физике и материаловедению. Доктор Новоселов является научным сотрудником Королевского общества в Школе физики и астрономии Манчестерского университета, а также профессором Лэнгуорти и директором Манчестерского центра мезонауки и нанотехнологий также в Манчестерском университете.
Джон Крейг Вентер
Американский биолог известен тем, что одним из первых секвенировал геном человека. Ему приписывают создание первой клетки с синтетическим геномом в 2010 году. Основатель Института Дж. Крейга Вентера, его текущая работа сосредоточена на создании синтетических биологических организмов, а также на документировании генетического разнообразия мирового океана. Он был указан в выпусках журнала Time за 2007 и 2008 годы как часть списка 100 самых влиятельных людей мира. Его исследования в области синтетической жизни могут быть использованы для создания бактерий, которые можно спроектировать для выполнения конкретных задач, таких как создание топлива, производство лекарств и решение экологических проблем, таких как глобальное потепление.
Стивен Уильям Хокинг
Самый известный английский физик-теоретик и космолог написал множество научных книг (особенно его бестселлер «Краткая история времени»). Его исследования и вклад в космологию и квантовую гравитацию способствовали развитию космологии в целом.
Вместе с Роджером Пенроузом он представил теоремы о гравитационных сингулярностях в рамках общей теории относительности и дал теоретические предсказания об излучении черных дыр.
Митио Каку
Мичио Каку — американский физик-теоретик. Он является соучредителем струнной теории поля. Он уже написал несколько книг по физике и смежным темам. Физик-теоретик, которого часто приглашают выступить с докладами на сложные научные темы, такие как путешествия во времени и сингулярности, охватывает широкий круг тем, таких как червоточины и путешествия во времени.
Тиера Гуинн Флетчер
Тиера Гуинн Флетчер — очень молодой ученый, окончивший Массачусетский технологический институт всего в 2017 году. Несмотря на свой возраст, она уже является одним из структурных аналитиков и разработчиков программы НАСА, целью которой является отправка людей на Марс. , Система космического запуска. Ее работа в авиационной компании Боинг. В 2018 году она получила награду «Самый многообещающий инженер» от Black Engineer of the Year Awards.
Дженнифер Дудна
Профессор Беркли и Калифорнийского университета, а также член ряда организаций, включая институты Гладстона и Говарда Хьюза, тем не менее, Дудна наиболее известна своей работой над CRISPR, проектом по редактированию генома, в котором много рекламы в последние годы. Благодаря своим открытиям с Эммануэль Шарпантье, которые, возможно, являются одними из самых важных открытий в науке, а также благодаря ряду других успехов, она получила множество наград за свою карьеру. Она также была одной из ВРЕМЯ самых влиятельных людей.
10 крутых научных открытий 21 века
Мы составили список 10 крутых научных открытий 21 века, которые поражают воображение и в то же время, по прогнозам, будут иметь последствия на долгие годы. Можем ли мы жить на Марсе? Можно ли манипулировать воспоминаниями? Как насчет телепортации из одного места в другое? Этот список демонстрирует эти открытия и их способность формировать будущее нашего времени.
Мы надеемся, что вам понравятся эти 10 крутых научных открытий 21 века в различных областях, от медицины до техники и разработки новых продуктов.
Доказательства наличия воды на Марсе
Идея жизни на другой планете, возможно, казалась чуждой в начале 20-го века, но массовые прорывы в космических технологиях позволили ученым раскрыть подробную информацию о спутнике изображения с ближайших планет. Наиболее примечательным было то, что НАСА в 2015 году подтвердило наличие доказательств существования жидкой воды на Марсе. Исследование кратеров и оврагов показало обнаруженные на поверхности Марса обезвоженные соли. Кроме того, лед также был обнаружен с помощью механического когтя через космический посадочный модуль.
Подробнее.
Существование темной материи
Группа исследователей еще в 2006 году обнаружила, что темная материя может быть доказана с помощью скопления видимой материи, однако, поскольку ее наблюдения были настолько малыми, большая ее часть до сих пор остается загадкой.
Более половины Вселенной состоит из этого вещества. Если будут проведены дополнительные исследования, то будущие теории Вселенной могут помочь нам понять происхождение того, откуда мы пришли.
Подробнее.
Создание органов человека в лаборатории
Исследования стволовых клеток позволили улучшить доступ к органам для замены. Стволовые клетки неопределенны, существуют разные типы стволовых клеток. Стволовые клетки у взрослых, как правило, такие как эпителий, который на неопределенный срок дает начало большему количеству эпителиальных клеток. Однако стволовые клетки, из которых растут органы, не бесконечны: как только они дифференцируются, они больше не являются стволовыми клетками. Все будущие органы будут происходить из лаборатории и создавать «кузовной цех» будущего.
Подробнее.
Появление автономных транспортных средств
Рынок автономных автомобилей в настоящее время растет с экзистенциальной скоростью, и ожидается, что многие беспилотные автомобили появятся на наших дорогах в ближайшее время и в большом количестве.
Несмотря на то, что производители автомобилей должны предпринять множество мер по обеспечению безопасности, чтобы автономные транспортные средства могли сосуществовать с людьми и другими видами транспорта, мы рады, что управляем автономным автомобилем. Читать далее.
Трансплантация лица
Первый успешный реципиент этой процедуры был во Франции в 2005 году. В ней используются ткани мертвого человека, и это сложный и персонализированный процесс. Тем не менее его развитие оказало огромное влияние на формирование качества жизни людей.
Подробнее.
Препараты для профилактики ВИЧ
В 2012 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило первое лекарство для профилактики, известное как доконтактная профилактика (ДКП). Это снизило число случаев заболевания во всем мире и является отличной формой защиты от передачи болезни.
Подробнее.
Искусственные воспоминания
Ученые из престижного Массачусетского технологического института научились внушать мышам ложные воспоминания. Прорыв значительно улучшает наше понимание памяти и даже психического здоровья. Это также поднимет этические вопросы, если можно будет манипулировать воспоминаниями и нашим ощущением прошлого, настоящего и будущего.
Подробнее.
Квантовая телепортация
Исследователи смогли телепортировать фотон в космос с помощью лазерного луча. Этот подвиг называется квантовой телепортацией, которая в большей степени переносит информацию, а не сам физический элемент. Требовался точный и чувствительный мониторинг спутника и технических аспектов самого проекта, и это также является заслуживающим доверия шагом вперед в инженерной области.
Подробнее.
Бионические контактные линзы
Ученые создали действующий прототип бионических линз.