Вакцины от COVID-19, древние граффити и тайна Тунгусского феномена: научные открытия 2020 года в России

Российские вакцины

Уходящий год стал глобальным вызовом для мировой науки и медицины в связи с пандемией COVID-19. 

Первой зарегистрированной российской вакциной стала разработка института им. Н.Ф. Гамалеи «Гам-КОВИД-Вак», торговая марка «Спутник V». Эта двухкомпонентная вакцина создана на аденовирусных векторах (ослабленных основах аденовирусов) со «встроенным» геном белка шипа вируса SARS-CoV-2.

В пострегистрационном клиническом исследовании «Спутник V» участвуют 40 тыс. добровольцев, а заявки на приобретение свыше 1,2 млрд доз этой вакцины поступили более чем от 50 стран. Вакцина для поставок на зарубежные рынки будет производиться в Индии, Бразилии, Китае, Южной Корее и других странах.

Эффективность «Спутника V» составила 91,4% на основании анализа данных в заключительной контрольной точке после 21 дня с момента получения добровольцами первого компонента вакцины. Также намечены испытания «Спутника V» с оксфордской вакциной AstraZeneca. Владимир Путин поздравил институт им. Н.Ф. Гамалеи с подписанием совместного с AstraZeneca меморандума о сотрудничестве в сфере борьбы с коронавирусом.

• Вакцина «Спутник V»
• globallookpress.com
• © Evgeny Sinitsyn/Xinhua

Второй российской вакциной стала «ЭпиВакКорона» новосибирского ГНЦ «Вектор», содержащая большое количество фрагментов синтезированного вирусного белка, в ответ на появление которых вырабатывается иммунный ответ организма и производятся антитела. После успешных доклинических и двух фаз клинических испытаний проходит испытание «ЭпиВакКороны» на добровольцах.

Обе вакцины прошли государственную регистрацию. Началась избирательная вакцинация, подготавливается инфраструктура для масштабной прививочной кампании по всей стране.

Третья отечественная вакцина научного центра им. Н.П. Чумакова РАН синтезирована не из отдельных антигенов коронавируса, а из цельного инактивированного вируса. Она успешно прошла доклиническую проверку. В конце 2020 года началось тестирование на 300 добровольцах, нежелательных явлений не зафиксировано. Промежуточные результаты клинических испытаний и подача документов на регистрацию вакцины ожидаются в конце января — начале февраля 2021 года. 

Стволовые клетки и медицина

Учёные Казанского государственного медицинского университета разработали новый препарат для регенеративной медицины — генетически модифицированное средство на основе клеток крови человека и его терапевтических генов. Для создания лекарства у пациента забирают некоторое количество крови и модифицируют его собственные лейкоциты. Таким образом в перспективе можно будет бороться с различными заболеваниями методами генной терапии и восстанавливать повреждённую ДНК.

Биофизики МФТИ и МОНИКИ определили оптимальный возраст стволовых клеток для восстановления сердца. Выяснилось, что для омоложения этого органа лучше всего подходят стволовые клетки на 15—28 день созревания.

Сотрудники Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М.В. Ломоносова нашли способ восстановления тканей различных органов, повреждённых в результате фиброза, в том числе в результате осложнений COVID-19. Учёные того же института разработали способ получения с помощью стволовых клеток внеклеточного матрикса — каркаса для соединительной ткани. Такой каркас может применяться для регенерации тканей организма.

• Стволовые клетки
• © REUTERS/ISTEM/Xavier Nissan

Сотрудники Института вычислительной математики РАН в составе международного коллектива предложили использовать естественный механизм поддержания постоянства клеток иммунной системы, когда более молодые клетки вымывают более зрелые, в том числе неактивные заражённые клетки. Сейчас учёные создают программный комплекс для изучения сложных системных заболеваний, в том числе ВИЧ и COVID-19, чтобы помочь медикам искать эффективные методы комбинированной терапии с минимумом препаратов.

Также учёные создали компактную сенсорную систему, которая может анализировать выдыхаемый воздух и выявлять болезни дыхательных путей и органов. Во время экспериментов система с высокой точностью определила больных с хронической обструктивной болезнью лёгких — воспалительным заболеванием дыхательных путей, которое повышает риск осложнений при инфицировании COVID-19.

Взвесить чёрную дыру

Российская обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма», оснащённая отечественным и немецким астрофизическим оборудованием, успешно продолжила работу по сканированию небосвода и созданию наиболее полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне. 11 июня 2020 года она завершила свой первый обзор неба, а уже в середине декабря успешно совершила второй обзор и обновила карту. На основе полученных обсерваторией данных сделано крупное открытие — зарегистрировано рентгеновское излучение от горячего газа в нашей Галактике, описано открытие гигантских образований (пузырей), связанных с центром нашего Млечного Пути.

Всего обсерватория сделает восемь таких обзоров, что позволит увидеть около 5 млн космических объектов, в том числе сверхмассивные чёрные дыры, следы взрывов сверхновых и мощные звёзды. В числе прочих задач обсерватории — исследование эволюции Вселенной и получение дополнительной информации о загадочной тёмной энергии.

Также российские учёные дали новое объяснение Тунгусскому феномену. Согласно их расчётам, в июне 1908 года через атмосферу Земли со скоростью около 20 км/с прошёл железный астероид от 100 до 200 м в диаметре, который не упал на поверхность нашей планеты, а продолжил движение по околосолнечной орбите. Он вызвал мощное аэродинамическое давление, ударную волну, а также пожары, охватившие площадь более 160 км² на территории Восточной Сибири.

• Последствия взрыва, вызванного Тунгусским метеоритом
• globallookpress.com
• © Scherl

Астрофизики Московского университета (ГАИШ им. П.К. Штернберга МГУ) определили массу чёрной дыры в центре галактики Messier 87. Эта область пространства-времени известна по первой фотографии такого объекта, сделанной специалистами проекта Event Horizon Telescope (EHT). Они предположили, что масса чёрной дыры составляет 6,5 млрд солнечных масс. Однако российские астрофизики выяснили, что коллеги ошиблись: самая знаменитая чёрная дыра оказалась меньше в 100 с лишним раз.

Другой коллектив российских астрофизиков (ФИАН, МФТИ и ИЯИ РАН) впервые установил, что потоки мельчайших элементарных частиц (нейтрино сверхвысоких энергий) рождаются вблизи чёрных дыр в активных ядрах галактик — квазарах. Разгадку удалось найти с помощью крупнейшего в мире радиотелескопа РАТАН-600, расположенного в Карачаево-Черкесии. Также российские учёные в составе международной коллаборации «Борексино» зарегистрировали нейтрино, образующиеся на Солнце, в результате цикла, в котором углерод, азот и кислород превращаются друг в друга.

Детективы истории

Археологи исследовали две из трёх известных стоянок древнего человека на территории Центрального Кавказа, где пролегал важный миграционный путь к Северной Евразии. Именно тогда, 10—12 тыс. лет назад, стали появляться люди современного типа. Углеродный анализ находок позволил выяснить новые технологии древних обитателей стоянок, а также уточнить климатические условия того времени.

Многочисленные находки сделаны археологами в Крыму. Терракотовая голова найдена в районе строительства Крымского моста, в Севастополе на мысе Хрустальный обнаружены остатки батареи №8, защищавшей Артиллерийскую бухту во время Крымской войны 1853—1856 годов, а в 2 км от Херсонеса (также на территории Севастополя) обнаружен производственный пригород этого древнего греческого полиса.

Также учёные определили время начала строительства таинственной уйгурской крепости Пор-Бажын в Туве и установили её предназначение, открыли средневековый некрополь в Гороховце и воссоздали план Новодевичьего монастыря во времена Смуты.

• Уйгурская крепость Пор-Бажын в Туве
• © Андрей Панин / МГУ им. М.В. Ломоносова

Переславль-Залесский порадовал исследователей древними граффити неведомого существа, а Великий Новгород — многочисленными находками в результате раскопок в центре города. Стоянки древних людей исследованы на Ладожском озере.

Победы палеонтологов

Учёные Палеонтологического института имени А.А. Борисяка РАН выяснили, что на территории современного Поволжья в начале позднего мелового периода обитали крупнейшие пресмыкающиеся — гигантские плиозавры. Также им удалось установить, что в юрском периоде неподалёку от современной Москвы жили травоядные динозавры, близкие родственники диплодоков.

• Динозавр-завропод. Рисунок автора исследования Н.Г. Зверькова
• © Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН

Экспедиция Русского географического общества обнаружила на дне реки Тобол в Курганской области останки шерстистого носорога, мамонта, древних лошадей, а также топор древнего охотника.

Новые материалы и технологии

Учёные МГУ представили первые российские прототипы натрий-ионных аккумуляторов, которые обещают стать альтернативой более дорогим литий-ионным батареям. И если в конце 2019 года исследователи представили малые прототипы своей разработки, то в 2020 году прошла презентация полноразмерных аккумуляторов повышенной ёмкости. 

Материаловеды МИСиС создали самый огнеупорный материал в мире. Новый керамический материал карбонитрид гафния способен выдерживать рекордную температуру 4200 °C, что делает его перспективным для создания авиационной, ракетно-космической и специальной военной техники.

Другой коллектив российских учёных создал «скользкую керамику». В основе работы — технология получения керамического соединения алюминия, магния и бора (AlMgB14) со специальными добавками. При этом новый материал имеет аномально низкий коэффициент трения и может работать практически без смазки, что делает его привлекательным как для гражданского, так и для военного применения.

Российские химики разработали эффективный электрохимический метод синтеза технеция. Этот редкий радиоактивный металл не встречается в природе, но содержится в отработанных продуктах атомной промышленности. Помимо военного, электронного и медицинского назначений, метод может найти применение и в технологиях очистки радиоактивных отходов.

Коллектив курчатовцев разработал эффективный метод получения радионуклида рутения-97 для использования в ядерной медицине. Изотоп рутений-97 представляет особый интерес в области медицинской диагностики, так как он гораздо менее токсичен.

В свою очередь, учёные МИСиС разработали антибактериальные и противогрибковые нанопокрытия, которые за сутки уничтожают до 99,99% болезнетворных микроорганизмов.

• Антибактериальные и противогрибковые нанопокрытия разработки МИСиС
• © Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Не менее интересный прорыв случился в области разработки биоматериалов. Международный коллектив исследователей с участием профессора МГУ Дмитрия Иванова разработал полимерный материал, способный стать идеальным имплантом для восстановления мягких тканей живого организма.

Живой свет

Благодаря достижениям российских биологов в области генетики и биохимии светящиеся комнатные растения становятся реальностью. Растения с ДНК биолюминесцентных грибов ярко сияют в темноте на протяжении всего жизненного цикла.

• Молодые светящиеся ростки табака
• © Компания «Планта»

Сотрудники Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН нашли ингибиторы (подавители) бактериальных ферментов, ответственных за синтез сероводорода. Применение таких ингибиторов повысит эффективность действия широкого круга антибиотиков в лечении вызванных микробами инфекций.

Аллергия на арахис может уйти в прошлое благодаря научной работе российских учёных в области сельскохозяйственной микробиологии. Они обнаружили белки, связанные не только с аллергенными, но и с питательными свойствами растений. Исследователи уже начали работу по созданию сортов с улучшенными свойствами.

И о погоде

Российские учёные создали уникальный трёхмерный массив данных о состоянии атмосферы в Северной Атлантике за последние 40 лет.

• Ночной вид на Северную Атлантику из космоса
• © NASA

Модель для изучения климата и предсказания погоды, на основе которой был создан этот массив, позволяет с высоким разрешением воспроизводить около 200 основных параметров атмосферы, что даёт возможность наблюдать экстремальные атмосферные явления, такие как грозы и тайфуны, а также исследовать их влияние на глобальную климатическую систему Земли.