Лечение ковида и поиск жизни на Марсе: главные научные открытия 2021 года

Коронавирус — варианты и лекарства

Год начался и заканчивается дискуссиями о новых вариантах коронавируса. В январе начала распространяться «альфа» (сначала этот штамм просто называли первым, или британским), потом пришла «дельта», а теперь — «омикрон». Что бы ни сулили нам новые варианты, встреча с ними подтверждает масштаб прогресса прикладной науки, вызванного пандемией. Примечателен уже сам факт, что мы узнаем о вариантах — во многих странах секвенирование генома вируса у больных ковидом стало рутиной. То есть секвенирование уже используется не только как инструмент изучения одного объекта, но и как подход в эпидемиологии, когда удается вычислить, какой именно вариант вируса распространяется по популяции сейчас и с какой скоростью. Более того, ученым удается в кратчайшие сроки не только определить мутации, но и сделать первые предположения о том, как они будут влиять на распространение вируса. Судя по предварительным данным, «омикрон» со своими многочисленными мутациями уходит от иммунитета, формирующегося после двух доз вакцины, но третья доза дает хорошую защиту.

Кроме того, Pfizer, компания — создатель самой массовой ковидной вакцины, объявила о разработке терапии, которая может на 90% снизить вероятность госпитализации и смерти у пациентов из группы высокого риска. Если это заявление подтвердится официальными данными клинических исследований, это будет первое лекарство, действительно справляющееся с вирусом. Пока что больных лечат поддерживающей терапией и стараются избежать ковид-ассоциированных диагнозов и осложнений. 

Курс на Марс

В своих итогах 2021-го научный журнал Nature назвал Марс самым модным космическим направлением года. Марсоход Perseverance, отправленный NASA, добрался до его поверхности 18 февраля и открыл новую эру в исследовании других планет. Он «высадил» на Марс небольшой вертолет, который стал первым внеземным летательным аппаратом. Вертолет успешно занимается отбором проб грунта, которые затем будут доставлены на Землю и проанализированы в поисках ответа на старый вопрос: есть ли (или была ли) жизнь на Марсе? Perseverance не было одиноко вдалеке от Земли: 15 мая к нему присоединился марсоход первой китайской марсианской миссии Zhurong, а еще раньше на орбиту прибыл спутник Hope, снаряженный Объединенными Арабскими Эмиратами.

Новое лицо «тяжелого электрона»

Исследователи из американской Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (можно сказать, это американский аналог ЦЕРН, Европейской организации по ядерным исследованиям) в апреле объявили о результатах эксперимента Muon g-2 по изучению мюонов — нестабильных частиц, похожих на электрон, но крупнее его. Оказалось, что они куда более магнитны, чем предсказывает современная «теория всего» (на самом деле — почти всего) — Стандартная модель, которая описывает взаимодействие всех элементарных частиц. 

Сейчас эти результаты проверяются и перепроверяются, и если они подтвердятся, это будет очень большое событие. Впервые за 50 лет существования Стандартной модели возникнет случай, когда она не описывает эксперимент. Может показаться, что это печально, но это не так. Стандартная модель совершенно не учитывает и не умеет описывать гравитацию. Чтобы «зацепиться» за эту проблему, нужно как раз найти в ней что-то, не отвечающее эксперименту, — а сделать это долго не удавалось. Так что новые свойства мюонов могут стать ниточкой, потянув за которую удастся расширить Стандартную модель и сделать ее по-настоящему «теорией всего», как мечтал Стивен Хокинг.

Первая CRISPR-терапия

Технологию редактирования генома CRISPR–Cas9, за которую в прошлом году дали Нобелевскую премию, не спешат применять на людях (не считая китайского ученого, который несколько лет назад генетически модифицировал еще не родившихся детей). Это разумно: клиническая практика требует совершенно другого уровня точности, безопасности и воспроизводимости, чем лабораторные исследования. 

Однако в 2021 году ученым и клиницистам впервые удалось взять эту высоту: система CRISPR–Cas9 была успешно доставлена в человеческое тело, где отредактировала ген, вызывающий редкую тяжелую болезнь — транстиретиновый амилоидоз. Эта болезнь приводит к отложениям некорректно свернутого белка в разных человеческих органах, что может вызывать их дефектное функционирование. Генная терапия привела к тому, что ошибочный белок перестал синтезироваться — у двух пациентов, получивших высокую дозу терапии, уровень такого белка снизился на 87%. Это огромный прорыв. 

Искусственный интеллект взломал белки

Как показывает случай с транстиретиновым амилоидозом и CRISPR-терапией, а также многие другие подобные примеры, детально знать трехмерную структуру белка критически важно и для науки, и для практики. Однако определение структуры белка долгое время оставалось совершенно не рутинной, не автоматизированной задачей. Белки — это огромные молекулы, состоящие из легких атомов, этакое облако из электронной плотности, которое очень трудно разобрать на точные детали. Исследователи из компании DeepMind 1 июля объявили о том, что им удалось решить эту задачу, не привлекая экспериментальные данные от микроскопов или синхротронов. Их алгоритм AlphaFold еще в 2020 году выиграл очередной этап всемирного научного соревнования по моделированию белковых структур CASP (Critical Assessment of protein Structure Prediction), а за 2021 год они опубликовали более 350 000 структур. Это может стать настоящей революцией для всех, кто нуждается в четкой структурной информации о жизни. 

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора