Nature’s-10

Это уникальная подборка, подготовленная редакцией Nature, освещает ключевые события в науке с помощью убедительных историй тех, кто в них участвует.

#1. Винни Бьянима (Winnie Byanyima): воин вакцины

«Идея о том, что вы можете продавать жизненно важные медицинские технологии так же, как вы продаете роскошную сумочку, ненормальна», — говорит Бьянима, исполнительный директор UNAIDS, агентство Организации Объединенных Наций — движение, созданное для лечения СПИДа во всем мире. В начале 2000-ых у нее был опыт в борьбе против эпидемии СПИДа, и она на личном опыте знала: лекарства, спасающие жизни, существовали, но были труднодоступны в ее родной стране, Уганде. С пандемией коронавируса случилось то же самое, и чтобы преодолеть проблему, Бьянима предлагает помочь как можно большему числу компаний производить вакцины и создавать системы распространения, чтобы доставить их туда, где они необходимы. В мае этого года идеи Бьянимы и ее коллег были услышаны: Соединенные Штаты поддержали предложение Южной Африки и Индии отказаться от защиты интеллектуальной собственности, связанной с вакцинами против COVID-19, в надежде укрепить производственные мощности. В то же время, несколько стран и Европейский союз по-прежнему выступают против такого отказа, и компании, владеющие интеллектуальной собственностью, отклонили запросы на лицензирование своих технологий и обмен знаниями, необходимыми для их производства. Бьянима работает над тем, чтобы плоды науки меняли жизнь. «Без политических решений по сокращению неравенства, — говорит она, — мы ничего не добьемся».

#2. Фридерика Отто (Friederike Otto): метеорологический детектив

Всякий раз, когда в наши дни наступает экстремальная погода, люди задаются вопросом: виновато ли в этом изменение климата? Это именно тот вопрос, на который Отто и ее коллеги из группы World Weather Attribution (WWA) нашли однозначный ответ: волны жары такого масштаба были бы практически невозможны без антропогенного изменения климата. Еще несколько лет назад ученым было бы трудно с уверенностью ответить, виновато ли изменение климата в конкретных экстремальных погодных явлениях. В настоящее время это полностью изменилось: Отто и ее команда разработали стратегию, которая использует моделирование климата на основе целых 50 моделей.

#3. Чжан Жунцяо (Zhang Rongqiao): исследователь Марса

«На то, чтобы наточить хороший меч, уходит десять лет» — старая китайская поговорка, которая вспомнилась Чжан Жунцяо после того, как в этом году китайский марсоход высадился на Марс. Этот инженер возглавляет первую успешную миссию Китая на Марс. Запущенный 23 июля 2020 года, «Тяньвэнь-1» прибыл на красную планету в феврале этого года и сбросил спускаемый аппарат и марсоход в мае. С тех пор марсоход проехал более 1200 метров на юг, сделав панорамные снимки, а также селфи, которыми широко поделились пользователи в Интернете. Сейчас он направляется в регион, который, возможно, когда-то был береговой линией древнего океана, где исследователи будут искать подсказки об эволюции Марса. На самом марсоходе установлено шесть исследовательских аппаратов — и еще семь находятся на орбите. Такие прорывы в науке вдохновляют многих. «С помощью этой миссии прямо сейчас создается новое поколение ученых», — говорит Фланнери, астробиолог из Технологического университета Квинсленда в Брисбене, Австралия.

#4. Тимнит Гебру (Timnit Gebru): лидер по этике искусственного интеллекта

В декабре прошлого года Тимнит Гебру, исследователь, изучающий этику искусственного интеллекта (ИИ), потеряла работу в Google после скандала из-за проверки ее работы технологическим гигантом. Широко разрекламированное увольнение потрясло ученых, в том числе некоторых сотрудников фирмы, и тысячи исследователей объединились, чтобы поддержать ее, усилив внимание к дискриминации чернокожих в области искусственного интеллекта и вреду, который технология может нанести маргинализированным группам в обществе. 2 декабря этого года Тимнит Гебру основала исследовательский институт для изучения искусственного интеллекта независимо от крупных технологических компаний. Институт будет разрабатывать модели и приложения ИИ, которые не зависят от больших массивов данных и вычислительных мощностей, которыми располагают крупные технологические компании.

#5. Тулио де Оливейра (Tulio de Oliveira): отслеживание штаммов

Специалист по биоинформатике в Южной Африке помог выявить опасные штаммы коронавируса SARS-CoV-2. Открытие нового штамма в стране — вопрос экономической важности, так как, узнав об опасности распространения нового штамма из страны, правительства других стран быстро закрывают общие границы. Именно это случилось в Южной Африке в прошлом году. В 2021 году исследователь Тулио де Оливейра, директор Южно-африканской исследовательской платформы инноваций и секвенирования в Квазулу-Натале (KRISP), узнал о рисках, которыми сопровождается открытие им нового штамма, но, несмотря на это, сообщил о новом штамме коронавируса и принял быстрые действия.

#6. Джон Джампер (John Jumper): предсказатель белка

Как бы изменился мир, если мы могли определить структуру практически любого белка так же просто, как выполнить поиск в Интернете? Джон Джампер и его коллеги из DeepMind в Лондоне дают ответ на этот вопрос с публичным выпуском AlphaFold, который использует искусственный интеллект (ИИ) для прогнозирования белковых структур с потрясающей точностью. «Это изменит облик современной биологии», — говорит Тобин Сосник, биофизик из Чикагского университета, штат Иллинойс, и один из бывших советников доктора философии Джампера. Первая версия AlphaFold была основана на нейронной сети, которая предсказывала расстояние между частями целевого белка. Этот подход также использовали другие команды. И уже во второй версии AlphaFold программа обеспечивала прогнозирование структуры белков с большим отрывом. Более того, почти две трети его предсказаний соответствовали экспериментально определенным структурам.

Однако для Джона Джампера самая плодотворная глава в истории AlphaFold наступила в июле этого года: они опубликовали базовый код сети, а также предсказали структуры почти всех белков у людей и 20 других модельных организмов — всего 250 000 структур — совместно с Европейским институтом биоинформатики Европейской лаборатории молекулярной биологии в Хинкстоне, Великобритания. Они планируют выпустить структуры почти половины всех известных белков — в общей сложности, 130 миллионов структур — в следующем году.

#7. Виктория Таули-Корпус (Victoria Tauli-Corpuz): защитник коренных народов

В этом году на саммите Организации Объединенных Наций по климату COP26 в Великобритании несколько богатых стран и более десятка благотворительных организаций обязались выделить 1,7 миллиарда долларов США, чтобы помочь коренным народам во всем мире сохранить леса, защитить биоразнообразие и предотвратить глобальное потепление. Это был переломный момент для коренных народов, и большая заслуга за это принадлежит десятилетиям работы Виктории Таули-Корпус, лидера коренных народов родом с Филиппин, которая в течение шести лет занимала пост специального докладчика ООН по правам коренных народов.

#8. Гийом Кабанак (Guillaume Cabanac): сыщик обмана

Нередко на просторах интернета можно найти ряд странных псевдонаучных статей. Их можно узнать по странным фразам, заголовкам и стилистике предложений, похожих на фантастический роман. Гийом Кабанак, специалист по информатике из Университета Тулузы, Франция, каждый день замечает странные фразы в научных статьях. Его ежедневная работа приводит к отзыву ряда статей или пересмотра сведений в них. Кабанак надеется, что его работа поможет «обеззаразить» научную литературу.

#9. Меган Колл (Meaghan Kall): коммуникатор COVID

Правительственный эпидемиолог Меган Колл пошла против норм, опубликовав в твиттере объяснения данных о коронавирусе в Великобритании. Это позволило освещать эпидемиологическую обстановку и ситуацию с вакцинацией в разы быстрее и понятнее.

#10. Джанет Вудкок (Janet Woodcock): начальник отдела по борьбе с наркотиками

Джанет Вудкок — карьерный администратор, которая руководила ведущим агентством США по по контролю за продуктами и лекарствами США.

Nature #600 (7890) + онлайны: подземные поглотители CO₂, новые механизмы в работе нейронов и секреты уклонения нового штамма коронавируса от антител

Кроме подборки удивительных историй ученых, новый выпуск Nature рассказывает о других исследованиях и научных открытия, завершающих этот год.

• Нейробиология. В недавнем исследовании ученые определили механосенсорный и трансдукционный механизм на пресинаптической мембране, вызванный высвобождением глутамата: в результате такой ответ усиливается более чем на 20 минут. — Mechanical actions of dendritic-spine enlargement on presynaptic exocytosis.
• Микробиология. Улавливание и хранение углерода является ключевой технологией для смягчения воздействия выбросов CO₂ на окружающую среду. В недавнем исследовании ученые показали, что микробный метаногенез превратил до 13–19% закачанного CO₂ в метан, и еще до 74% CO₂ растворилось в подземных водах. Ученые рассчитали скорость микробного метаногенеза: полученные результаты позволяют предполагать, что микробный метаногенез может быть важным подземным поглотителем CO₂ во всем мире. — Rapid microbial methanogenesis during CO2 storage in hydrocarbon reservoirs, A microbe that uses crude oil to make methane, «Биомолекула»: «Кто на самом деле крутит углеродное колесо», «Пределы биодоступности углеводородов в грунтах».
• Коронавирус. Новый штамм SARS-CoV-2 Омикрон опасен своей заразностью. Поразительной особенностью этого варианта является большое количество мутаций в спайковом белке — это представляет угрозу эффективности современных вакцин против COVID-19 и методов лечения антителами. — Striking antibody evasion manifested by the Omicron variant of SARS-CoV-2, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Science-2021: Breakthrough of the year

Это подборка Science, в которую вошли самые выдающиеся новости из мира науки.

#1. Структуры белков для всех

На обложке подборки — два белка, участвующих в репарации ДНК у дрожжей. Их взаимодействие при выполнении функции починки ДНК предсказал искусственный интеллект, и редакция Science также не смогла обойти эти открытия, на которые обратили внимание и в Nature. Ученые, изучающие SARS-CoV-2, также используют используют AlphaFold2 для моделирования эффекта мутаций в спайковом белке варианта Омикрон. Вставляя в белок более крупные аминокислоты, мутации изменили его форму — возможно, достаточно, чтобы антитела не связывались с ним и не нейтрализовали вирус.

#2. Древняя почвенная ДНК достигает совершеннолетия

ДНК из окаменелостей изменила представление об эволюции человека и животных, выявив неизвестные взаимосвязи, проследив ранние миграции и разоблачив древние межвидовые спаривания. Чтобы выяснить, какие организмы обитают в озерах, лесах и других местах, ученые собирают и анализируют ДНК. И если раньше большая часть этого материала представляла из себя митохондриальную ДНК, то сейчас ученым удалось изобрести технологии получения ядерной ДНК из среды обитания организмов. В этом году ученые использовали ядерную ДНК, чтобы составить карту обитания людей и животных в трех пещерах.

#3. Таблетки в арсенале против коронавируса

Вакцины сыграли главную роль в борьбе с COVID-19, но сейчас к ним присоединяется новый игрок: противовирусные таблетки. Осенью производители лекарств Pfizer и Merck & Co. объявили о положительных результатах клинических испытаний подобного препарата. Противовирусное средство Pfizer, PF-07321332, сокращает госпитализацию на 89%, если начать его принимать в течение 3 дней после появления симптомов. Ученым еще предстоит ответить на вопросы о том, уменьшат ли противовирусные препараты передачу инфекции от инфицированных людей и какие побочные действия остались незамеченными, но в то же время изобретение все большего количества лекарств дает надежду на победу над коронавирусом.

#4. День фьюжна на Солнце?

Термоядерный синтез, который питает Солнце и другие звезды, долгое время рассматривался как решение энергетических проблем Земли. Но достижение требуемых давлений и температур — в 10 раз выше температуры ядра Солнца — сложно, как общеизвестно. В августе этого года ученые из Национального комплекса лазерных термоядерных реакций США (NIF) получили поразительный результат. Они произвели реакцию синтеза, которая была очень близка к достижению официальной точки breakeven, в которой реакция производит больше энергии, чем лазерная энергия, которая необходима для ее разжигания.

#5. Психоделическое средство от ПТСР (посттравматического стрессового расстройства)

Психоделические препараты ранее показывали действие против многих психических заболеваний, но в этом году исследователи показали, что 3,4-метилендиоксиметамфетамин (МДМА), в народе называемый экстази, значительно уменьшает симптомы у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). Более значительные результаты исследования, а также одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, планируется получить уже в 2023 году.

#6. Искусственные антитела побеждают инфекционные заболевания

Лабораторные антитела, называемые также моноклональными, произвели революцию в лечении некоторых видов рака и аутоиммунных заболеваний, но их применение в борьбе с инфекционными заболеваниями до сих пор было ограничено. Ситуация изменилась в этом году, когда появились первые моноклональные антитела против SARS-CoV-2 и других опасных для жизни патогенов, включая респираторно-синцитиальный вирус человека (RSV), ВИЧ и малярию. Для создания таких моноклонов ученые выделяют самые мощные антитела у лабораторных животных и людей и воспроизводят их в огромных количествах. Благодаря достижениям в области клонирования, моделирования и рентгеноструктурного анализа исследователи теперь могут создавать и сканировать больше подобных лабораторных антител, чем когда либо раньше. Это дает надежду на то, что в недалеком будущем подобные препараты станут все более доступными. — «Биомолекула»: «Терапевтические моноклональные антитела», «Моноклональные антитела».

#7. Спускаемый аппарат НАСА открывает ядро красной планеты

Внутренности скалистой планеты — это своего рода машина времени: ее плотное ядро, вязкая мантия и затвердевшая кора могут показать, как она превратилась в то, чем является сегодня. До этого года ученые имели доступ только к двум таким капсулам времени: Земле, а во время миссий «Аполлон» — Луне. Теперь впервые приборы на борту посадочного модуля НАСА Insight позволяют изучить планетарное ядро Марса.

#8. Наконец-то появилась трещина в стандартной модели физики элементарных частиц?

Разработанная в 1960-х и 1970-х годах, современная теория элементарных частиц, известная как стандартная модель, учитывает три силы — электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие — а также две дюжины фундаментальных частиц. Это не может быть окончательным описанием природы, поскольку в нем не учитываются как гравитация, так и темная материя — таинственная материя, которая, как считается, перевешивает обычную материю Вселенной. В этом году ученые приблизились к более полному описанию одной удивительной частицы, называемой мюоном. Эта частица — более тяжелый, нестабильный двоюродный брат электрона. Как оказалось, она немного более магнитна, чем предсказывает преобладающая теория фундаментальных частиц.

#9. CRISPR фиксирует гены внутри организма

CRISPR на протяжении многих миллионов лет помогал бактериям бороться с вирусами, но в 21 веке он стал инструментом для редактирования генов! И в 2020 году CRISPR одержал свою первую клиническую победу, когда оказалось, что он лечит людей с двумя наследственными заболеваниями крови: серповидноклеточной анемией и бета-талассемией. Терапевтические процедуры проводились следующим образом: ученые удаляли дефектные стволовые клетки крови у пациентов, редактировали их и повторно вводили клетки пациентам. В этом году ученые сделали еще один шаг вперед, внедрив CRISPR непосредственно в организм. Главная проблема — заставить CRISPR работать внутри человека в нужном месте. Решить эту проблему удалось, поместив гидовую РНК и мРНК для фермента CRISPR в крошечные жировые шарики — липосомы. Клинические испытания подтвердили действие такой терапии.

#10. «Выращивание эмбрионов» открывает двери в исследование раннего развития

Понимание процессов раннего эмбрионального развития может помочь ученым понять причины выкидышей и врожденных дефектов, а также отточить методику экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Но юридические, практические и этические ограничения ограничивают исследования с человеческими эмбрионами. В этом году ученые представили альтернативу: ими стали эмбрионы мыши, которые выращивали намного дольше, чем раньше, а также копии эмбрионов, сделанные из стволовых клеток человека или перепрограммированных взрослых клеток.

Science #374 (6575) + онлайны: механизмы образования двухцепочечной регуляторной РНК, самое большое животное в истории Земли и секреты эволюции человека

Science также не оставил новый выпуск без удивительных исследований, помимо наиболее запомнившихся прорывов этого года. Представляем некоторые из них!

• Физиология растений. Меристема растения позволяет создать все типы клеток, необходимые растению. В недавнем исследовании ученые применили метод single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) для изучения активности транскриптома в различных типах тканей корня растений. Используя сортировку клеток, отслеживание линий с помощью живой микроскопии и транскриптомику, ученые создали схему генетической программы развития протофлоэмы в корне растения с высоким разрешением. — Cell-by-cell dissection of phloem development links a maturation gradient to cell specialization.
• Молекулярка. Метилирование ДНК влияет на экспрессию генов и поддерживает целостность генома. ДНК-зависимая РНК-полимераза IV (Pol IV) вместе с РНК-зависимой РНК-полимеразой (RDR2) продуцирует двухцепочечные малые интерферирующие предшественники РНК, необходимые для установления и поддержания метилирования ДНК в растениях. В недавнем исследовании с помощью криоэлектронной микроскопии ученые определили структуру холофермента Pol IV—RDR2. Эти структуры показывают, что Pol IV и RDR2 образуют комплекс с их активными сайтами, соединенными интерполимеразным каналом, по которому транскрипт, сгенерированный Pol IV, передается активному сайту RDR2, где он используется в качестве шаблона для синтеза двухцепочечной РНК (dsRNA). Эти результаты описывают механизм регуляции процессов образования регуляторной двухцепочечной РНК, а также проливают свет на эволюцию эукариотических РНК-полимераз. — Pol IV and RDR2: A two-RNA-polymerase machine that produces double-stranded RNA.
• Палеонтология. Самые крупные животные, когда-либо жившие, обитали в морской среде. Это хорошо известно из современности: современные китообразные эволюционировали до своих больших размеров в течение десятков миллионов лет, приспосабливаясь к жизни в холодных водах. Однако киты не были первыми эволюционировавшими морскими гигантами. В недавнем исследовании ученые описали ископаемого ихтиозавра возрастом 244 миллиона лет, который по размерам мог бы соперничать с современными китообразными. — Early giant reveals faster evolution of large body size in ichthyosaurs than in cetaceans, «Биомолекула»: «Следствие вели палеонтологи».
• Антропология. Люди — это всего лишь еще одна линия человекообразных обезьян. Однако мы значительно разошлись с нашими двоюродными братьями-обезьянами, и вы можете спросить: как это произошло? Недавно ученые нашли один из ответов на этот вопрос. Все дело в потреблении и расходе энергии в современных обществах охотников-собирателей и человекообразных обезьян. Исследователи обнаружили, что мы не тратим меньше энергии, занимаясь добычей пищи или сельским хозяйством, но получаем больше энергии — и получаем ее быстрее, чем наши двоюродные братья-обезьяны. Это различие, возможно, позволяло нашим предкам проводить больше времени за социальным обучением и культурным развитием. — The energetics of uniquely human subsistence strategies, «Биомолекула»: «Ищем питекантропа!».