Борьба с COVID-19, генная инженерия и искусственный интеллект: главные научные исследования 2020 года

Главным успехом глобального научного сообщества в 2020 году эксперты называют создание вакцин от COVID-19. Всего за несколько месяцев как российские, так и зарубежные специалисты сумели разработать разноплановые, но при этом, судя по первым результатам, довольно успешно работающие препараты. Как отмечают учёные, все прошедшие испытания вакцины будут демонстрировать свою эффективность до тех пор, пока не появятся значимые мутации вируса.

Передовыми создателями таких вакцин стали Россия, США, Китай и ряд европейских стран.

Первой в мире зарегистрированной вакциной стала российская разработка центра имени Гамалеи «Гам-КОВИД-Вак» (торговая марка «Спутник V»). Этот двухкомпонентный препарат создан на аденовирусных векторах (ослабленных основах аденовирусов) со «встроенным» геном белка шипа вируса SARS-CoV-2.

• Производство вакцины «Спутник-V»
• Reuters
• © Anton Vaganov

Второй зарегистрированной в России вакциной стала «ЭпиВакКорона» новосибирского ГНЦ «Вектор».

В США до финальной стадии испытаний дошли векторная вакцина компании Johnson & Johnson, РНК-вакцины компаний Moderna и NIAID, а также компаний BioNTech, Fosun Pharma и Pfizer.

В КНР на последней фазе исследований находятся одна векторная вакцина CanSino, две инактивированные производства компании Sinopharm и одна — компании Sinovac.

Европейская вакцина, разработанная Оксфордским университетом и компанией AstraZeneca, основана на ослабленной версии аденовируса, который вызывает заболевание у шимпанзе. Эта вакцина уже применяется, но будет тестироваться до 2022 года.

Все перечисленные вакцины находятся на финальной стадии клинических испытаний. Некоторые из них уже зарегистрированы по ускоренной схеме для экстренного применения. Ожидается, что массовая прививочная кампания во всём мире начнётся в 2021 году, однако уже сейчас избирательно вакцинируются люди из групп риска и добровольцы.

Стоит отдельно отметить крупную международную коллаборацию создателей вакцин — центр имени Гамалеи и компания AstraZeneca подписали меморандум о сотрудничестве. В ближайшее время начнутся клинические испытания комбинированной вакцины, которая будет состоять из компонентов от обоих разработчиков.

Зов Вселенной

10 февраля 2020 года для наблюдения за Солнцем и изучения солнечного ветра был запущен зонд Solar Orbiter. Уже в июле он оказался на минимальном расстоянии от светила и сделал его снимки.

Ещё одно направление исследований космоса — эволюция Марса. Канадские учёные выдвинули гипотезу, согласно которой миллиарды лет назад Марс был покрыт ледяным щитом. Это идёт вразрез с доминирующей теорией о том, что в древности на Красной планете был влажный климат. По новой версии, большинство марсианских долин — это не русла высохших рек, а следы каналов, проложенных под ледниками талой водой. Лёд защищал воду от солнечного излучения, поэтому существовавшие на раннем Марсе условия были вполне пригодными для жизни, полагают специалисты.

В середине года стартовали три новые марсианские миссии. К Красной планете отправились научные космические зонды США, Китая и ОАЭ. 

Учёные не обошли вниманием и Венеру. Британские и американские специалисты сообщили о нахождении в кислотных облаках этой планеты следов газа фосфина — одного из признаков существования жизни. Планируемая российская космическая миссия с участием NASA проверит эти данные. По словам экспертов, обнаружение следов фосфина на Венере может говорить о наличии микроорганизмов, подобных тем, что живут на Земле.

• Планета Венера
• Reuters
• © NASA / Greg Shirah

Кроме того, астрофизикам удалось открыть источник быстрых радиовсплесков в нашей галактике. Учёные пришли к выводу, что их могут производить магнетары — нейтронные звезды, обладающие исключительно сильным магнитным полем. При этом, как полагают исследователи, радиовсплески рождаются внутри магнитосферы звезды.

В уходящем году европейские астрономы получили изображение солнцеподобной звезды в окружении двух планет-гигантов. Сделано это было с помощью «Очень большого телескопа», расположенного в Чили. По словам учёных, звезда находится на расстоянии 300 световых лет от Земли в созвездии Мухи и представляет собой молодую версию Солнца возрастом 17 млн лет. Исследователи полагают, что её дальнейшее изучение поможет астрономам понять, как формировалась и развивалась наша планетная система.

Успехи биологов

Первые лекарства на основе технологии CRISPR/Cas9С («генетических ножниц» для редактирования ДНК) появились ещё в 2019 году, а в 2020-м учёные закрепили свои достижения. В частности, с помощью «ножниц» научились лечить тяжёлые генетические болезни крови: бета-талассемию и серповидно-клеточную анемию. В минувшем году за разработку самой технологии CRISPR биохимики были удостоены Нобелевской премии.

• Клетки крови, поражённые серповидно-клеточной болезнью
• Gettyimages.ru
• © EzumeImages

Американские биологи определили иммунный механизм, благодаря которому некоторые люди способны держать под контролем ВИЧ-инфекцию. Иммунитет таких пациентов уничтожил большинство, а в некоторых случаях даже все заражённые вирусом клетки. Авторы работы предполагают, что у одной из исследованных женщин организм полностью избавился от ВИЧ естественным путём. Теперь задача учёных состоит в том, чтобы «научить» иммунную систему подавляющего большинства людей, живущих с ВИЧ, вести себя аналогичным образом.

В минувшем году учёные приблизились к решению ещё одной сложной биологической задачи. В течение пяти десятилетий специалисты пытались предсказать трёхмерную форму, в которую будет складываться цепочка аминокислот, когда она станет белком. Структуру белковых молекул удалось спрогнозировать при помощи искусственного интеллекта. Поскольку форма белка определяет его биохимические функции, новая компьютерная программа поможет исследователям раскрыть механизмы заболеваний, разработать новые лекарства, создать устойчивые к засухе растения и дешёвое биотопливо.

Интересные исследования в 2020-м провели и орнитологи. В результате изучения голубей, сов и ворон биологи выяснили, что птицы обладают слабо развитым самосознанием. Обнаруженное в результате исследований мозга и ряда экспериментов «чувственное сознание» птиц — рудиментарная форма присущего людям сознания. Его наличие у птиц и у млекопитающих позволило исследователям предположить, что в той или иной форме самосознание существует как минимум 320 млн лет и восходит к их последнему общему предку.

Фантастические перспективы

Американские учёные добились сверхпроводящего состояния у углеродсодержащего сероводорода при рекордно высокой температуре — +15 °C. Для этого образец пришлось поместить под давление более 1,4 млн атмосфер. Выполненная исследователями задача считалась ключевой для передачи энергии без потерь. Однако потребуется ещё много времени, чтобы конвертировать это открытие в технологию, которая приведёт человечество к созданию электрических летательных аппаратов, левитирующих на магнитной подушке поездов и автобусов.

Австралийские физики открыли явление ядерного электрического резонанса, то есть обнаружили возможность управлять состоянием атомного ядра с помощью колебаний электрического поля. По словам учёных, явление было обнаружено совершенно случайно. Работа открывает новые возможности в области наноэлектроники, а также разработки квантовых компьютеров и датчиков.

Климатические риски

Климатологи выступили в авторитетном научном журнале Science с тревожным заявлением, в котором призвали принять самые решительные действия по борьбе с глобальным изменением климата.

• Последствия засухи в районе Граафф-Рейнет, Южная Африка
• Reuters
• © Mike Hutchings

По их расчётам, выбросы углекислого газа в атмосферу уже к 2060 году приведут к затоплению прибрежных городов, распространению по планете экстремальной жары и, как следствие, вынужденному переселению миллионов людей. Похожее заявление климатологи делали и в прошлом году, однако пока не добились существенных результатов.

Искусство древних

Сообщения об обнаружении наскального рисунка в пещере на индонезийском острове Сулавеси появились ещё в 2017-м. В конце 2019 года первые результаты анализов находки показали, что археологи, возможно, имеют дело с наиболее древним из известных произведений фигуративного искусства (не абстрактных рисунков). Дальнейшие исследования подтвердили эту гипотезу. Возраст «картины» — около 43,9 тыс. лет.

• Древние изображения в пещере острова Сулавеси
• © Ratno Sardi / Griffith University

Несмотря на то, что неизвестные художники изобразили традиционную для наскальной живописи сцену охоты, у их работы есть нехарактерная особенность — у людей на ней головы и хвосты животных.