Вакцина и другие. Названы главные научные достижения года

Научный журнал Science считает самым важным научным достижением уходящего года сверхбыструю разработку вакцин для борьбы с главным ньюсмейкером 2020 — вирусом SARS-CoV-2.

Вакцины, действительно, были разработаны и подведены к внедрению в рекордные сроки. Что еще более важно, разработка велась и ведется большим количество независимых групп. Они используют разные подходы, что позволяет «не класть все яйца в одну корзину» — даже если какая-то из методик окажется неуспешной, в масштабах мира и даже отдельных стран можно будет с относительно небольшими потерями перейти на другую.

Две самые нашумевшие вакцины — Moderna и Pfizer — это вакцины мРНК. Эта относительно новая технология одобрена для использования на людях.
Она позволяет ввести в организм лишь часть генома коронавируса: таким образом, иммунитет вырабатывается в отсутствие вируса как такового.

Самая коммерчески востребованная на сегодня вакцина в мире AstraZeneca использует более традиционную методику — аденовирусный вектор для доставки генетического материала коронавируса в организм (та же методика реализована в российской «Спутник V»). Китайская Sinovac — это инактивированная вакцина, она содержит «убитый» вирус, который способен вызывать иммунный ответ (по тому же принципу работает вакцина, которую создают в Центре им. Чумакова — ориентировочно она будет готова в феврале).
На борьбу с коронавирусом переключились все, кто чувствовал, что их опыт, знания и подходы могут быть полезными.

Но одной вакциной революционность 2020 года для медицинской науки не заканчивается. Невиданный уровень мобилизации позволил в сверхкороткие сроки разворачивать для массового обращения то, что ранее использовалось только в лабораторных масштабах. Рекордно быстро были разработаны несколько вариантов ПЦР-тестов на коронавирус. Это вообще первый случай столь масштабного использования этой довольно молодой методики.

Биохимик Кэри Муллис предложил метод ПЦР в 1983 году и получил за эту работу Нобелевскую премию в 1993-м. Невероятная открытость информации и уровень международной кооперации позволили медикам тестировать протоколы лечения одновременно в разных точках Земли и тем самым гораздо быстрее получать данные об их эффективности или бесполезности. В целом же на борьбу с коронавирусом переключились все, кто чувствовал, что их опыт, знания и подходы могут быть полезными. Наука показала, что не зря пользуется организованной общественной поддержкой в последние полвека, и встала на службу общественным задачам.

Первая CRISPR-терапия

Метод редактирования генома CRISPR-Cas9 снова попал в первые строки газет в октябре, когда его создательницы Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье получили Нобелевскую премию, но на самом деле это не главная CRISPR-новость года. Важнее то, что генетическая CRISPR-терапия приходит в клиническую практику.

Экспериментальное лечение получили больные генетическим заболеванием крови — бета-талассемией. Их организм производит дефектную форму гемоглобина, которая не позволяет нормально переносить кислород, поэтому они постоянно чувствуют слабость и истощение, а нарушение структуры красных кровяных телец может вызвать поражение органов и инсульты. Эта болезнь была неизлечимой — пациентов лишь поддерживали переливаниями крови и другими способами. Генетическая терапия позволила участникам эксперимента отказаться от переливаний крови. «Она изменила мою жизнь», — сказала одна из участниц эксперимента. Пока эта методика слишком дорога для массового применения, но она работает — и это революция.

Ученые как инфлюенсеры и активисты

В 2020 году ученые ярко показали себя на общественно-политической арене. В США марши за науку продолжились выступлениями академической среды против дискриминации и за равный доступ в лаборатории всех категорий людей. В июне была инициирована однодневная забастовка в поддержку движения Black Lives Matter, ученые-афроамериканцы рассказывали о своем пути в академию и о возникающих сложностях. Но главной ареной общественной активности ученых стало информирование людей о пандемии коронавируса. Особенно важно это было в ее первые недели и месяцы, когда четких данных о вирусе было мало.
Энтони Фаучи приходилось выступать вслед за Дональдом Трампом и опровергать антинаучную позицию президента.

Ученым приходилось не только давать рекомендации о том, как действовать в ситуации неопределенности, четко давать понять, какие данные уже есть и почему мы на них опираемся, и при этом не создать ложной ситуации уверенности, когда информация обновляется и уточняется каждый день.

Во многих странах ученые в короткий срок оказались в ранге звезд массовой культуры по уровню внимания СМИ и общества. Премию имени Джона Мэддокса за активную общественную позицию (вручается в партнерстве с журналом Nature) получили два исследователя — американец Энтони Фаучи и южноафриканец Салим Абдул Карим. Фаучи запомнился тем, что на совместных конференциях с администрацией Белого дома ему зачастую приходилось выступать вслед за Дональдом Трампом и опровергать антинаучную позицию президента, которую тот озвучивал минутой ранее.

Салим Абдул Карим — советник руководства ЮАР, который пользуется большим доверием властей, но что еще важнее — он помог выстроить доверие между властями, наукой и обществом.
«Он заслуженно имеет репутацию ученого, способного говорить понятно и честно, и именно это позволило ему добиться общественного доверия к науке в постоянно меняющихся условиях», — отметили организаторы премии.

Эта цитата выражает задачу-максимум научной коммуникации 2020 года — можно констатировать, что наука с ней справилась.

Климатическая точность

Наука давно не сомневается во влиянии человека на климат, но из-за комплексности и масштабности задачи моделирования климата планеты прогнозы его изменения были довольно неточными. Однако постоянное накопление данных и совершенствование методов работы с ними позволило добиться значительного прогресса.

Группа из 25 ученых из World Climate Research Programme в своей работе определила, что повышение выбросов углекислого газа вдвое по сравнению с предындустриальной эпохой вызовет рост температуры на 2,6−3,9 °C. Это исследование исключило считавшийся ранее реальным худший сценарий (повышение до 4,5 °C), но и меньших величин хватит, чтобы затопить прибрежные города, вызвать резкую жару и холод и потребовать переселения миллионов людей. Будем надеяться, что внесение определенности позволит правительствам перейти к более конкретным мерам стабилизации ситуации.
Искусственный интеллект против рентгена

Белки, из которых состоит практически все в нашем организме, — это очень большие и сложные макромолекулы, в которых цепочки аминокислот свернуты в причудливые трехмерные структуры. Их правильное функционирование определяется не только и не столько составом, сколько именно этой структурой — правильной сверткой в пространстве.

Чтобы изучить ее, традиционно использовался метод рентгеноструктурного анализа, сам по себе достаточно дорогой и сложный. Кроме того, как источник излучения нужно было использовать кольцевой ускоритель — синхротрон, потому что лабораторные источники не давали нужного уровня энергии. Для постановки эксперимента нужно было вырастить кристалл белка — совершенно неочевидная задача. Затем добиться того, чтобы он не разрушился под действием радиации, и наконец — долго расшифровывать результаты. Это все было настолько сложно, что расшифровка структуры рибосомы, например, удостоилась Нобелевской премии.

Теперь специалисты по искусственному интеллекту утверждают, что можно обойтись без рентгена. Британский проект DeepMind заявил, что их алгоритм справляется с определением структуры белка так же хорошо, как и рентгеновский эксперимент. Ожидается, что в течение нескольких месяцев и другие проекты смогут приблизиться к этой точности, потому что все данные об алгоритме открытые.

Радиовсплески из далекого космоса

Быстрые радиовсплески — это поразительно мощные радиосигналы из дальнего космоса (галактик, находящихся на расстоянии миллионов световых лет от Земли). Они очень короткие — всего доли секунды, но за это время успевают выпустить энергию на 500 млн Солнц. Еще более странно то, что большинство из них не повторяются. Поэтому их очень сложно изучать и тем более прогнозировать.

В 2020 году в этой области произошел совершенный прорыв — американские и канадские ученые обнаружили источник повторяющихся быстрых радиовсплесков в нашей галактике — им оказался магнетар, нейтронная звезда особого типа. Теперь наблюдать их можно будет более регулярно и систематически, а значит, можно получить гораздо более системные и подробные данные.
Самое древнее произведение искусства

Ученым удалось обнаружить и корректно датировать наскальное изображение возрастом более 40 тысяч лет. В пещере на индонезийском острове Сулавеси доисторический художник изобразил охоту людей с головами животных на бизонов и кабанов. Датировать изображение удалось по уровню распада радиоактивного урана, содержащегося в отложениях, покрывших рисунки за тысячи лет существования.
Изображение оказалось самым древним известным на сегодня произведением изобразительного искусства.

Новые данные о ВИЧ

Сегодня носители ВИЧ могут вести полноценную жизнь и жить примерно столько же, сколько их обычные сверстники, при условии приема антиретровирусных препаратов. В этом году ученые завершили масштабное исследование особой группы людей — ВИЧ-положительных пациентов, у которых СПИД не развивается, несмотря на то, что препараты они не принимают.
Оказалось, что в их клетках ВИЧ связывается с хромосомами особым образом — это позволяет ему «прятаться» от иммунитета, как и у обычных людей, но не позволяет развиваться.

Пока это не лечение, но собранные данные открывают новый подход к будущим терапиям.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.