Що ми дізналися у 2020 році в науці та що знадобиться у 2021: від вакцин до космосу

Рік тому мої друзі на фейсбуці радо підбивали підсумки і планували амбітні звершення в прийдешньому році. А уже за кілька днів я розплющила очі, перевірила, не вилазячи з-під ковдри, розсилку від Science, і збагнула, що щось цікаве коїться довкола ринку з жабами та гадюками в китайському місті Ухань. Якась пневмонія... 

Тоді я вирішила запастися кавою. Раптом нас накриє епідемією китайської хвороби? Таки накрило і не відпускає досі, хоч встигла морально підготуватися. Добре дружити з наукою і стежити не лише за курсом валют чи "перлами" урядовців, а й науковим світом. 

Ми і вірус

Чи використовувати інші види в якості тимчасових таборів для мігрантів, перш ніж переберуться на новий вид. Так сталося зі сумнозвісним збудником SARS-CoV-2, що викликав нинішню пандемію хвороби COVID-19, який перейшов до нас невідомо від кого, але бодай не втік з лабораторії. 

Вірус не рукотворний – хоч тут зради немає. Це можна прочитати за його генетичною послідовністю. Його родичі в попередні роки викликали "атипову пневмонію" та близькосхідний респіраторний синдром, і в обох випадках перебиралися до людей від тварин: цивет і єнотоподібних собак у разі SARS, та верблюдів – у разі MERS. 

Наразі SARS-CoV-2 перейшов від людей до норок, що змусило Данію розпочати масове знищення тваринок на хутряній фермі. У дикій природі це вже також сталося – заразилася норка в штаті Юта (США).

Слово, що описує перехід вірусу на інші види, називають "переливанням", чи "розхлюпуванням" (spilling). Це ставалося і раніше, і буде ще. Звідси робимо висновок, який заберемо в новий рік:

Ми та наукові здобутки, які нас рятують

Людство змогло оперативно відреагувати на вірус, розробити тест-системи для виявлення хворих та імунних людей і навіть розпочати вакцинацію в рекордні терміни, бо технічно було до цього готове.

Вірусологія почала потужний розвиток у другій половині 20 століття, коли навчилися вирощувати культури клітин, створили першу безсмертну лінію HeLa (вкравши клітини у пацієнтки, але то уже інша історія) і заражати їх вірусами. Це уможливило подальший поступ науки, створення вакцин, тестування ліків, у тому числі люди за лічені дні навчилися вирощувати новітній вірус та визначати його генетичну послідовність. 

Уже 5 січня 2020 року, після двох діб роботи, генетична послідовність загадкового вірусу з ринку в Ухані була встановлена і – з великими ризиками, бо Уряд КНР не хотів виносити сміття з хати – оприлюднена китайськими науковцями 11 січня.

Журнал Nature вважає Zhang Yongzhen, який очолював це дослідження і дав добро на публікацію даних, одним з десяти людей, хто визначив хід науки в 2020 році. 

Підписуйтесь на LIGA.Life в Facebook: тільки корисна інформація для українських родин

Ми і вакцина

Ще минулої зими прогнозували: якщо вакцина буде влітку 2021 і бодай на 50% ефективна, буде надія на порятунок. Новітня вакцина на основі мРНК (так званої месенджерної рибонуклеїнової кислоти – коду, що є інструкцією для синтезу білка) ефективна щонайменше на 95%, безпечна, і її клінічні дослідження почалися у квітні, а реєстрація за прискореною схемою прийшла одночасно з астрономічною зимою.

Як так швидко і так добре? У старих фільмах інколи фігурують героїні, які настільки хочуть заміж, що уже й сукню в шафі мають – а раптом хтось покличе?.. Чи в Новому Заповіті є притча про дівчат, які чекали на нареченого, і дійшов він лише до тієї, що запаслася олією і тримала світильник запаленим.

Так і з технологією, що лягла в основу вакцини. Її створили, бо тримали світильник запаленим і розробляли попередні 20+ років технології, якими її зробили, хоч і не знали не відали про те, що одного дня хтось у місті Ухань умовно з’їсть кажана.

У 2000 році я ще була підлітком, прогулювала школу та читала в обласній бібліотеці журнал Scientific American, де йшлося про вакцини на основі нуклеїнових кислот. Нарешті ці вакцини пішли в життя – фундаментальна наука була готова, технологія працювала, патенти зроблені, знайшлася смілива людина, яка взяла відповідальність та спробувала це втілити. А історія така.

Американська науковиця угорського походження Katalin Karikó працювала з початку 1990-х над розробкою вакцин на основі мРНК. І було їй несолодко, бо мало того, що вакцини викликали дивні ефекти, та ще й грантодавці не вірили в ідею вакцин на основі мРНК. 

Професорка Каріко все одно спромоглася створити власну лабораторію та вдосконалила вакцину на основі мРНК так, щоби все працювало. Як це зробити, вона здогадалася завдяки співпраці з імунологом Drew Weissman, з яким познайомилася біля копі-машини на кафедрі. Життя захопливіше за кіно.

У 2005 році Каріко та Вайссман опублікували статтю, про яку нині говорять: "Це варто Нобелівської премії". мРНК – те, що зумовлює розвиток імунної реакції. Але цю мРНК треба якось доставити до імунної системи цілою та непобитою ферментами, а задача ця складніша, ніж піднятися Андріївським узвозом, коли дощ стає кригою.

Розв'язав її Robert Langer – біохімік, який розробив оболонку для мРНК-вакцини та співзаснував компанію Moderna – ту саму, що зареєструвала вакцину від вірусу SARS-CoV-2 кількома днями після Pfizer. Ці правдиві байки підводять нас до думки: 

Ми і космос

Годі про пандемію – у 2020 не все було про коронавірус. Наприкінці весни в прямому етері ми побачили, що крізь терни можна дійти до зірок, коли дивилися запуск Crew Dragon та ідеальний докінг (стикування) з Міжнародною космічною станцією. А в листопаді 2020 року Crew Dragon 2, перший приватний космічний транспорт, отримав сертифікат NASA і право доставляти людей на Міжнародну космічну станцію та назад.

Коли 30 травня кілька мільйонів людей одночасно дивилися запуск ракети Falcon 9, що виносила на орбіту капсулу з двома астронавтами, диванні знавці ракетних технологій питали у фейсбуках: "Ви що, ракет не бачили?.."

Таких – ні, бо ракета повернулася на Землю і приземлилася філігранно – щоб ми так вміли паркуватися. Ракети в космос запускали й до Маска, проте саме він зажадав зробити польоти комерційними, і поставив на меті знизити собівартість. 

Раніше ракети виносили на орбіту кораблі – і все, немає ракети. А Ілон їх вертає. Наразі його компанія SpaceX уже може вертати на землю і капсули, які доставляють на орбіту людей чи вантаж. У технологію ракет-фальконів вклали понад мільярд доларів, а на поверненні економлять 15 мільйонів, та ці інвестиції зрештою повернуться. 

До чого я: привезіть, нарешті, мамі, бабусі банки з-під закруток! Ілон ракети вертає, а ви?.. І паркуватися навчіться. А якщо серйозно, то висновок з іншої опери:

А ще – створюйте умови для розвитку бізнесу. Нині компанія пана Маска переквартирується з Каліфорнії в Техас, де упродовж 10 років матиме податкові канікули.

Підписуйтесь на LIGA.Life в Telegram: тільки корисна інформація для українських родин

Ми і глобальне потепління

Льодовики тануть буквально на наших очах. У 2020 році тривала наймасштабніша за всю історію арктична місія з вивчення кліматичних змін – Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC).  

Майже рік тому кригоруб вмерз в кригу, і дрейфував разом з нею та командою науковців і підтримки. Керівницю логістики MOSAiC Verena Mohaupt журнал  Nature також зарахував до десятки людей, що допомогли сформувати науку в 2020 році.

Вона підготувала команду до експедиції за Полярне коло (там було, наприклад, скочування з фйордів у крижану воду і виборсування з неї) і навіть мала при собі гвинтівку, аби боронитися від білих ведмедів. Усі поки живі.

Танення льодовиків в Гімалаях, на Кіліманджаро, на Полюсах та глобальне потепління в цілому – велика загроза екосистемам та людям.

Безпрецедентно масштабні і тривалі пожежі на Луганщині, Чорнобилі, в Австралії, Сибіру та Каліфорнії – наслідки спільної причини, а саме змін клімату внаслідок діяльності людини. Стало дуже мало опадів і надто спекотно.

Цього року через локдаун літаки стали менше літати, а люди – менше купувати і виробляти. Для економіки й сучасних людей – це загроза бідності. Та в світлі кліматичних змін, падінні виробництва і обмеженні мобільності – це добре.

Для майбутніх поколінь людей, звірят, рослин, грибів і бактерій коронакриза – рушій змін на краще. Може, це втішить людей, що давно не постили з Борисполя посадочні та ранкову каву. Тож у прийдешньому році

Ми та редагування генів

Поки фанати теорій змов бояться Білла Гейтса і чипування, уже є люди з відредагованими генами, а сама технологія вийшла на перші шпальти.

У 2011 році дослідниці Jennifer Doudna та Emmanuele Charpentier відкрили спосіб змінення послідовності генів, тобто їхнього редагування. Це як телефон пропонує правильне написання слова "зворотний".

Цей метод змусив науковців почуватися як дитина в кондитерській, якій сказали: "Обирай, що хочеш".

А ще позаминулого року сталася напівзрада-напівперемога з редагуванням генів. В Китаї народилися генетично відредаговані близнючки, що мали стати непомітними для вірусу імунодефіциту людини завдяки зміні одного гену.

Науковець He Jiankui оплатив парі, що мала репродуктивні складнощі, екстракорпоральне запліднення (відоме в народі як "штучне") за згоду відредагувати гени ембріонів. Був скандал, адже таке редагування могло наредагувати не там, де треба, знайшовши ідентичний повтор в іншому гені, і зробити дітей вразливими до вірусу Західного Нілу. Наразі науковець у в`язниці через порушення етичних норм. 

Що ж це за система редагування генів? У бактерій є свої віруси, і бактерії від них бороняться. CRISPR – абревіатура від Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, тобто короткі паліндромні ділянки геному, регулярно розташовані. Така собі картотека. CRISPR – не що інше, як генетичний імунітет бактерій. Це фото злочинця на оголошенні Wanted. 

Фермент cas9 шинкує нуклеїнові кислоти вірусів. Коли вірус порубали на олів’є, частинки його геному вбудовують в ДНК бактерій, аби зберегти пам’ять про того паразита. Якщо новий вірус потрапляє в клітину, cas9 бере шматочок РНК CRISPR та йде сканувати ДНК вірусу. Як знайде подібність — пошматує і його. Досягнення Дженіфер Дудна та Еммануель Шарпентьє в тому, що вони навчилися дурити фермент cas9 та нацьковувати його на будь-які послідовності завдяки синтетичній РНК-CRISPR.

Ділянки CRISPR були відкриті у бактерій ще в сиву давнину, наприкінці 1980-х. Знадобилося 20 років, перш ніж науковці збагнули, що бактеріям вони потрібні для захисту від вірусів. І ще 10, аби це стало хайпом. Три – аби за це дали Нобелівську премію з хімії. Питання з патентом на цю технологію відкрито, і професорками Дудна та Шарпент’є до нього – як Україні до вакцини від COVID-19. Важко бути науковцем. Висновок, який ми беремо в наступний рік, такий:

Зроблю собі колись зелені очі. Це одну літеру в ДНК поміняти, тю. Продовжимо кіберпанкову тему.

Підписуйтесь на LIGA.Life в Instagram: тільки корисна інформація для українських родин

Ми та штучний інтелект

Штучний інтелект наступає, а інколи ще й буквально пританцьовує.

Наприклад, лінгвістична нейронна мережа GPT-3 навчилася писати колонки New York Times про стосунки, твіти, відповідати на питання у грі Trivia, і навіть кодувати. Нейронні мережі вчаться вигадувати хореографію, створюють фото людей, яких ніколи не було, і навіть складають юридичні договори, начитавшись документів, добре написаних людьми.

Є пісня та фільм про танці з привидами, та наразі танці в парі з роботом є реальністю. І блатна пісня про "милого узнаю по походкє" нині більше не вигадка – можна навчити машину визначати людей за тим, як вони танцюють, якщо довго спостерігати. Навіть відрізняти асимптоматичний COVID-19 від звичайного кашлю можна за допомогою навченої штучної нейронної мережі. 

Хоча так зване глибинне машинне навчання (deep learning) відбувається на прикладах, які йому дають. Тож якщо вчити нейронну мережу постановами Київради чи законами ВРУ, вийде набір бюрократичних штампів, сповнений туманностей і суперечливостей, а не текст. Висновок, який можна видобути з власної нейронної мережі:

Ми та зорі

Що було з зорями та планетами, в тому числі екзопланетами, кометами й астероїдами цього року! Сходження Сатурну і Меркурію, яке трапляється раз на 800 років.

Зірка Бетельгейзе не вибухнула і не стала суперновою, що сяє як Місяць уповні. Вона миготіла, змінювала яскравість – вона так робить періодично – проте цього разу атипово, що і навело астрофізиків на думку про можливий кінець і новий початок зірки. Та телескоп Габбл (в якого саме ювілей – 30 років місії) буквально пролив світло на таємницю Бетельгейзе – вона викинула велику частину плазми, яка охолола і закрила зірку, мов пил притрушує абажур.

Зонд приніс зоряний пил з японської місії Hayabusa 2 на астероїді Рюгу. Всього 100 міліграмів, зате чистого позаземного пилу віком 4.6 мільярди років. Матеріал досліджуватимуть в Японії, частину залишать для майбутніх дослідників, а частину обміняють у американців на зоряний пил з іншого астероїду, Бенну, коли той у 2023 році прибуде на Землю. 

Сонячний телескоп імені Деніела Іноуї (покійного сенатора Гаваїв) зробив детальне фото сонячної поверхні. Воно схоже на цукерку "Метеорит", покриту їстівною позолотою. Знайшли екзопланету, що обертається довкола згаслої зірки – білого карлика.

Телескопи, чутливі до радіосигналів, вловили так звані високочастотні радіоспалахи, один з яких йде від нейтронної зорі. Ні, то не позаземне життя, а радше темна матерія, яку ніхто ще не бачив, але вираховує.

Дотримуючись катастрофічної стилістики 2020 року, в Пуерто-Ріко зламалася і потрощилася обсерваторія Arecibo, що працювала понад 60 років. На рахунку цієї ікони радіоастрономії, зокрема, відкриття першого бінарного пульсару в 1974 році. Виявлення двох зірок, що обертаються одна довкола одної, стало ще одним доказом Загальної теорії відносності Айнштайна, і приводом для присудження двох Нобелівських премій в 1993 році.

Дарія Озерна, біологиня та медична журналістка, для LIGA.Life