Ежегодно редакторы и авторы одного из ведущих научных изданий Science выбирают высшее исследовательское достижение года. В этот раз честь принадлежит множеству вакцин против COVID-19, которые успешно прошли крупные испытания на людях и теперь внедряются по всему миру. Но есть много других достижений, о которых стоит поговорить, от выяснения происхождения коротких радиовсплесков до открытия самого раннего известного произведения изобразительного искусства.
Распутывая белки
Среди главных научных достижений выделяются открытия в генетике. На протяжении пяти десятилетий ученые пытались решить одну из самых сложных задач биологии: предсказать точную трехмерную форму, в которую будет складываться цепочка аминокислот, когда она станет рабочим белком. В этом году они достигли этой цели, разработав программу для искусственного интеллекта, которая предсказывает большинство белковых структур с такой точностью, которая позволяет им предсказывать результаты лабораторных экспериментов. Поскольку точная форма белка определяет его биохимические функции, новая программа может помочь исследователям раскрыть механизмы заболевания, разработать новые лекарства и даже создать устойчивые к засухе растения и более дешевое биотопливо.
Сверхпроводимость в каждый дом
Ученые потратили десятилетия на поиск материалов, которые без сопротивления проводят электричество при комнатной температуре. В этом году они обнаружили первое соединение, содержащее водород и углерод, сжатое до давления, приближающегося к давлению в центре Земли. Открытие запускает охоту за сверхпроводниками при комнатной температуре, которые работают при типичных значениях поверхностного давления; такие материалы могут коренным образом изменить технологии и сэкономить огромное количество энергии, теряемой при передаче электричества по проводам.
Понятие сверхпроводимости появилось в 1911 году, когда физик Хайке Камерлинг-Оннес обнаружил, что ртутная проволока, охлажденная до 4,2 ° C выше абсолютного нуля, или 4,2 К, проводит электроны без обычного теплового трения. В 1986 году исследователи обнаружили, что то же самое относится к семейству керамических изделий из оксида меди. Поскольку эти сверхпроводники работали при температуре выше 77 К - температуры жидкого азота, - они породили новое поколение аппаратов МРТ и магнитов ускорителей частиц. Были намеки на то, что оксиды меди могут приобретать сверхпроводящие свойства при комнатной температуре, но они так и не были проверены.
Птицы умнее, чем кажутся
У них глаза-бусинки, а мозг не больше грецкого ореха. Однако два свежих исследования, опубликованные в этом году, показывают, что птицы обладают поразительными умственными способностями. Первое показывает, что часть птичьего мозга напоминает неокортекс человека, источник человеческого разума. Другое свидетельствует о том, что вороны-падальщики даже более сообразительны, чем думали исследователи, и могут быть способны к некоторому сознательному мышлению.
У людей неокортекс состоит из горизонтальных слоев, пронизанных взаимосвязанными столбцами нервных клеток, которые позволяют комплексно мыслить. Мозг птиц, напротив, считался организованным в виде простых скоплений нервных клеток. Используя технику, называемую визуализацией в трехмерном поляризованном свете, нейроанатомы внимательно изучили передний мозг голубей и сов и обнаружили, что нервы там соединяются как по горизонтали - как слои неокортекса - так и по вертикали, повторяя столбцы, наблюдаемые в человеческом мозге.
Изменяя гены
С тех пор, как в 2012 году появился революционный инструмент для редактирования генома, известный как CRISPR, он дал исследователям новые возможности для создания сельскохозяйственных культур и животных, вызвал этические дебаты и получил Нобелевскую премию, не говоря уже о научном прорыве года в 2015-м. Теперь CRISPR снова набирает обороты, добившись своего первого успеха в клинике, вылечив два унаследованных заболевания крови.
У людей с бета-талассемией низкий уровень белка гемоглобина, переносящего кислород, что приводит к слабости и истощению; люди с серповидно-клеточной анемией имеют дефектную форму белка, в результате чего образуются серповидные эритроциты, которые блокируют кровеносные сосуды и часто вызывают сильную боль, повреждение органов и инсульты. Теперь с помощью нового механизма эти повреждения, теоретически, могут быть исправлены.
Луч надежды
Уже к февралю несколько компаний запустили проекты по разработке вакцины от COVID-19. В Китае первыми вышли на рынок CanSino Biologics, Sinovac Biotech и государственная Sinopharm. В Соединенных Штатах лидерами были Moderna и Inovio Pharmaceuticals. В Европе BioNTech, немецкая биотехнологическая компания, разработала вакцину-кандидата, а позже объединилась с американской компанией Pfizer, которая взяла на себя обязанности по сертификации и оформлению всех необходимых разрешений.
В Оксфордском университете академическая группа создала вакцину, которая в конечном итоге привлекла еще одного партнера Big Pharma, AstraZeneca. Янссен и Санофи Пастер также присоединились к гонке.
В январе 2021-го вакцинация идет в развитых странах, а лидером по количеству привитых на душу населения считается Израиль, где привиты уже 12 % жителей.
Раскрыта самая старая в мире сцена охоты
Но не все научные достижения касались медицины в ушедшем году. Более 40 000 лет назад на индонезийском острове Сулавеси доисторический Пабло Пикассо отважился проникнуть в глубины пещеры и нарисовал серию фантастических охотников с головами животных, загоняющих в угол диких свиней и буйволов. Возраст картин, найденных всего год назад, делает их самыми ранними из известных изобразительных произведений.
Исследователи говорят, что возможно, что художник изображал охотников в масках или камуфляже, но они также могут представлять собой мифические гибриды животных и человека. Такие гибриды появляются в других древних произведениях искусства, включая 35000-летнюю статуэтку человека-льва из слоновой кости, найденную в немецких Альпах.
Подвижки в борьбе с ВИЧ
У ВИЧ, как и у всех ретровирусов, есть неприятная особенность, позволяющая ему уклоняться от атак: он интегрирует свой генетический материал в хромосомы человека, создавая «резервуары», где он может спрятаться, не обнаруженный иммунной системой и неуязвимый для антиретровирусных препаратов. Но то, где он прячется, может иметь решающее значение.
В этом году исследование 64 ВИЧ-инфицированных, которые годами были здоровыми без антиретровирусных препаратов, выявило связь между их необычным успехом и тем, где вирус застрял в их геномах. Хотя новое понимание этих «элитных контролеров» не приведет напрямую к излечению, оно открывает новую стратегию, которая может позволить другим инфицированным людям жить десятилетиями без лечения.
Во многих исследованиях изучались элитные контролеры, которые составляют около 0,5 % из 38 миллионов людей, живущих с ВИЧ. Но эта новая работа отличалась размером и масштабом, сравнивая интегрированный ВИЧ у 64 элитных контролеров с таковым у 41 ВИЧ-инфицированного человека, получающего лечение. ВИЧ проявляет себя лучше всего, когда ему удается встроиться в гены. Когда клетка транскрибирует гены, интегрированный ВИЧ или «провирус» может производить новые вирусы, которые заражают другие клетки.
