ИИ распутал белковые складки

В течение 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. Количество возможных структур для одного белка астрономически велико. С помощью искусственного интеллекта эту задачу наконец удалось решить в этом году.

Разработана программа, которая предсказывает большинство белковых структур с такой точностью, с которой их удается картировать во время лабораторных экспериментов. Для этого используют трудоемкие методы: рентгеновскую кристаллографию и криоэлектронную микроскопию. Из известных человечеству 200 млн белков подробные молекулярные карты составлены только по 170 тыс.

Почему это важно? Точная форма белка определяет то, как он работает, его биохимические функции. Новая программа способна помочь исследователям раскрыть механизмы развития заболеваний, разработать новые лекарства и даже создать устойчивые к засухе растения и более дешевое биотопливо.

С 1994 года биологи дважды в год проводят конкурс «Критическая оценка предсказания структуры белка» (CASP). Участникам дают аминокислотные последовательности белков с неизвестной структурой. Часть занимается предсказанием структуры, другая часть — ее лабораторным картированием. Затем результаты сравниваются.

В этом году разработанная в Великобритании ИИ-программа AlphaFold смогла получить по своим предсказаниям средний балл 92,4. А в этом конкурсе все, что выше 90, считается таким же точным, как и экспериментальное картирование структуры белка. В отношении наиболее сложных белков программа набрала 87 баллов, опередив ближайшего конкурента на 25 пунктов.

AlphaFold разработана компанией DeepMind, которая с 2014 года принадлежит Google. Ранее DeepMind уже отметилась созданием ИИ, который смог победить профессионального игрока в го, а также нейросетью, которая играла в DotA 2 на уровне профессионалов.

Конец российской монополии

2020-й стал годом окончания российской монополии на доставку космонавтов и астронавтов на Международную космическую станцию. Майский запуск Crew Dragon ознаменовал собой первый случай, когда частная компания доставила астронавтов на МКС. В рамках демонстрационной миссии туда полетели два американца, которые «потусовались», протестировали корабль, а потом успешно приводнились в океане.

В ноябре NASA сертифицировала Crew Dragon и SpaceX как первый корабль и частную компанию, которым разрешено доставлять людей на МКС.

Женщин наградили за редактирование генома

В этом году нобелевскими лауреатами в области химии стали Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна — ученые, которые открыли метод редактирования генома CRISPR/Cas9.

Изначально бактериальная иммунная система не только продемонстрировала эффективность в обнаружении и уничтожении определенных генетических последовательностей, передаваемых вирусами, которые поражают бактерии. Эта система оказалась способна точно найти место в любом геноме практически любого организма и вырезать оттуда что-то по заказу генных инженеров.

В 2020 году начались первые клинические испытания перепрограммирования клеток человека для борьбы с неизлечимыми видами рака. А некоторые исследовательские группы изучали и изучают возможность внедрения системы CRISPR/Cas9 в человеческие клетки (особенно в эпителии легких) для борьбы со вторгающимися туда респираторными вирусами.

Сверхпроводимость при комнатной температуре

Десятилетиями ученые мужи и жены ищут материалы, которые смогут без сопротивления проводить электричество при комнатной температуре. Сверхпроводимость при нормальной температуре важна, так как она позволяет снизить энергопотребление и тепловыделение различных устройств с таким проводником.

И в этом году удалось обнаружить одно такое соединение. Оно содержит углерод и водород, но должно быть сжатым до давления, которое близко к давлению в центре Земли — только тогда у материала наблюдаются свойства сверхпроводимости при комнатной температуре.

Благодаря физике высокого давления (ученые двумя алмазами сплющивают материалы давлением, в миллионы раз превышающим давление на поверхности Земли) удается находить новые сверхпроводники.

С помощью такой алмазной наковальни в 2019 году в Германии сжали смесь лантана и водорода под давлением в 170 гигапаскалей (в 1,5 млн раз выше атмосферного), и при температуре минус 23 градуса по Цельсию она стала сверхпроводником.

В этом году в США соединение водорода, углерода и серы сжали еще сильнее — до 267 гигапаскалей. Сверхпроводимости удалось добиться при температуре «холодной комнаты» — около 14 градусов по Цельсию.

Признаки жизни на Венере

В сентябре очень интересной космической новостью стало обнаружение следов фосфина в атмосфере Венеры. Это одно из самых ужасных, неприглядных и не приспособленных для жизни мест в Солнечной системе. Однако наличие в атмосфере планеты фосфина считается потенциальным биомаркером — химическим веществом, которое может свидетельствовать о присутствии живых организмов.

Конечно, никто в здравом уме не возьмется утверждать, что это доказательство присутствия жизни на Венере. Это говорит лишь о неких пока необъясненных химических процессах, в результате которых производится фосфин.

В атмосфере Земли этот газ появляется вследствие антропогенной деятельности и существования анаэробных микроорганизмов. Группа астрономов из Кардиффского университета зарегистрировала фосфин в облаках Венеры на высоте 53—61 километра. Он не мог образоваться в результате фотохимических реакций или при вспышках молний, вулканической активности или падении метеоритов. К планете надо направлять орбитальные станции, которые смогут точнее определить, что там творится.

Самый древний рисунок

В этом году ученые установили возраст наскального рисунка в Индонезии, сделанного первобытными людьми. И назвали его древнейшим из найденных свидетельств творческого начала в человеке.

На доисторические рисунки, изображающие наскальную охоту, на индонезийском острове Сулавеси наткнулись еще в 2017 году. Их возраст удалось вычислить благодаря бугристым отложениям белых минералов («пещерного попкорна»), который наслоился на рисунки тут и там. Уран, найденный в этом «попкорне», распадается с фиксированной скоростью. Благодаря этому ученым удалось вычислить примерный возраст рисунков — им не менее 44 тыс. лет.

Таким образом, индонезийские рисунки оказались на 4 тыс. лет старше любого другого известного наскального искусства. Этот образец решительно потеснил Европу как географическую область, где современный человек создал первый шедевр изобразительного искусства.

Реактивные вакцины

Основным научным достижением 2020 года, безусловно, стало то, с какой скоростью удалось разработать и провести первые тесты вакцин от коронавируса. Люди по всему миру изнывают от ломки по прошлой «нормальности», ограничивают себя в поездках, встречах с близкими, контактах с друзьями. Для многих жизнь оказалась словно поставленной на паузу. При этом часики продолжают тикать, а время — протекать сквозь пальцы.

Впервые о новой эпидемии заговорили в январе. А уже в феврале передовые фармацевтические компании по всему миру начали разрабатывать вакцины от нового вируса. Pfizer, BioNTech, Moderna, CanSino Biologics, Sinovac Biotech, AstraZeneca, Sinopharm и многие другие включились в гонку по созданию первой вакцины от коронавируса. Рынок ее применения огромен, а потому победителей будет несколько.

Обычно на разработку вакцины уходят годы и даже десятилетия. При этом больше всего времени занимают несколько этапов клинических испытаний. В прошлой «нормальности» мир мог позволить себе такое, но в условиях экстренной ситуации сроки тестирования были максимально ужаты.

Уже в апреле китайская Sinovac показала, что ее вакцина безопасна и защищает обезьян. Тогда же у пяти компаний начались клинические испытания собственных версий вакцины, а еще 71 кандидат был в стадии доклинической разработки.

Летом начались полномасштабные клинические испытания, а к осени определились самые перспективные кандидаты. С началом зимы в разных странах началась массовая вакцинация наиболее уязвимых слоев населения. Следующий год, хочется в это верить, станет годом избавления от эпидемии в том виде, в котором она обвалилась на нас сейчас.

То количество вакцин, которые начали создавать по всему миру, вселяет надежду, что прошлогодняя «нормальность» снова вернется в этот мир. Пускай ему и придется стать более осторожным во многих аспектах, а мы будем вынуждены привыкать к новым правилам.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш Telegram-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by