Итоги года: десять самых крупных научных прорывов
Перепрограммирование клеток с помощью введения в них нескольких лишних копий генов давно стало рутинной методикой в генетических лабораториях. В частности, эта техника позволяет изменять взрослые клетки так, чтобы они вели себя как эмбриональные стволовые клетки, которым прочат большое будущее в медицине следующих десятилетий. В этом году была разработана новая техника перепрограммирования клеток, которая быстрее и эффективнее стандартной техники. Основа метода – использование синтетических молекул РНК, синтезированных так, чтобы они могли избежать антивирусной атаки, которая является неизбежной иммунной реакцией клетки на чужую РНК. Синтетические РНК быстрее и лучше перепрограммируют клетки в стволовые; они же могут заставить стволовые клетки превратиться в нужную ткань. Так, показано, что с помощью этого метода можно превратить клетки фибробластов (соединительной ткани) в клетки мышечной ткани.
Следующее, шестое, место в десятке выдающихся научных достижений года тоже отдано генетике, а точнее новой методике генетического анализа – так называемому "экзомному" секвенированию. Существует много редких наследственных заболеваний, вызываемых мутацией лишь в одном гене, и поиск этого гена очень важен для последующего лечения. Идеальный вариант поиска – полное секвенирование генома – здесь мало подходит, поскольку даже при существующей технике нового поколения оно остается слишком дорогим и не всегда доступным средством. Ученые обошли это препятствие, научившись секвенировать только те части ДНК, "экзоны", где находятся гены, кодирующие белки, а эта часть составляет менее 1% всего генома. Получив длинный список мутаций и отсеяв из него все, которые не имеют отношения к делу, ученые смогли выявить мутации, которые приводят, как минимум, к десятку редких заболеваний, таких как неправильное развитие мозга, очень низкий уровень холестерина, лицевые деформации и проч.
Седьмое место уже не у генетиков – его отдали физикам за создание "квантового симулятора", системы, которая помогает им при решении сложных задач, связанных с кристаллическими решетками. Обычно, проверяя ту или иную идею, пытаясь понять тот или иной экспериментальный результат из физики твердого тела, исследователю приходится описывать трехмерное множество точек, где находятся электроны, взаимодействующие между собой магнитными полями. Для этого они составляют математическую функцию под названием гамильтониан и пытаются ее решить, что удается далеко не всегда.
В этом году сразу пять групп приспособили для решения таких гамильтонианов "квантовые симуляторы", в которых роль ионов кристалла играют лазерные пятнышки света, а атомам, попавшим в эти пятна, отводится роль взаимодействующих электронов. Дальше остается настроить такую систему под определенный гамильтониан, запустить ее и ждать, когда она сама преподнесет решение. Пока подобные решения носят пробный характер – квантовые симуляторы проверили на уже решенных гамильтонианах. Следующий шаг – те гамильтонианы, с которыми ученые не смогли справиться.
Биология
На восьмой строчке списка – еще один, на этот раз молекулярный, симулятор. Речь идет о попытках ученых смоделировать поведение белков, молекул, куда более сложных, чем ДНК. Это моделирование превращается для них в сущий комбинаторный кошмар, с которым сегодня может справиться далеко не всякий суперкомпьютер. Так, простой белок, состоящий всего из ста аминокислот может свернуться в кольцо различными способами, число которых о - 3198. До сих пор суперкомпьютеры позволяли изучать динамику белков в течение слишком короткого времени для того, чтобы можно было сделать какие-то выводы. В этом году дело сдвинулось с мертвой точки. С помощью суперкомпьютера с 512 процессорами, исследователи из США сумели увеличить это время в сто раз и довести его до миллисекунды. Этого оказалось достаточно, чтобы исследовать поведение атомов простого белка, помещенного в воду – за миллисекунду он успел свернуться и развернуться 15 раз. Сейчас исследователи готовятся к работе с более мощными суперкомпьютерами, чтобы исследовать более сложные белки.
Предпоследнее из десяти научных достижений года не обрадует активных защитников прав лабораторных животных, но исследователям пойдет явно на пользу. "Крысы возвращаются!" - так обозначил это достижение журнал Science. Дело в том, что различные нейрозаболевания у людей, такие, например, как болезни Паркинсона и Альцгеймера, биологи долгое время предпочитали исследовать не на мышах, а на крысах, поскольку их организм ближе к человеческому, да они и чаще болеют человеческими болезнями.
Крысы возвращаются в лаборатории
Однако в 1989-м году была разработана очень перспективная методика выключения специфических генов из мышиной ДНК под названием "мышиный нокаут". На крысах эта методика не срабатывала и исследователи перешли к работе с мышами. В этом году в лабораторных клетках снова стали появляться крысы – сначала, еще в прошлом году, их научились генетически модифицировать способом, применяемым для дрозофилы, а вот теперь и метод "мышиного нокаута" приспособили для крысы.
В конце списка – новые медикаменты, предотвращающие заражение ВИЧ-инфекцией. Учитывая множество прошлых неудач в этом направлении, сразу два недвусмысленных успеха вполне можно назвать прорывом. Первое из этих лекарств – вагинальный крем тенофовир – уменьшает риск ВИЧ-заражения у женщин на 39%. Второе – пероральный профилаксис, - испробованный на большой группе мужчин и женщин, уменьшил этот риск на 43,8%.
Сергей Богданов / CNews