7 найбільш важливих відкриттів: чого досягло людство у 2020 році
Вакцина за рік, "генетичні ножиці", продовження тривалості життя на 12% – науковці продовжують шукати відповіді на складні і важливі для всього людства питання. Головні досягнення року.
Протягом 2020 року ЕП уважно відстежувала найбільш значущі події серед світової наукової спільноти і зараз пропонує добірку із семи видатних наукових досягнень.
Учені знайшли ознаки існування життя на Венері
В атмосфері Венери виявлено газ фосфін, який вважається біомаркером – ознакою можливої життєдіяльності.
Про це йдеться в дослідженні, яке група астрономів на чолі з Джейн Грівз з Кардіфського університету опублікувала в журналі Nature Astronomy у вересні 2020 року.
Фосфін (фосфористий водень, PH3) у звичайних умовах на Землі являє собою безбарвний отруйний газ. У дослідженні вчені вказують, що фосфін є одним із з'єднань, що свідчать про потенційні ознаки життя.
В атмосфері Землі він з'являється завдяки антропогенній діяльності (його використовують, наприклад, для консервації) і життєдіяльності анаеробних організмів – деяких бактерій, грибів, водоростей і черв'яків.
Інших природних джерел фосфіну небагато: блискавки, падіння метеоритів і вулканічна активність.
Поки вчені не реєстрували на Венері такі явища в достатній кількості, щоб вони могли пояснити появу фосфіну в атмосфері. Вулканічна активність там мінімальна, а блискавки в атмосфері планети призводять до появи незначних обсягів фосфіну.
Лише падіння метеоритів може пояснити появу кількох тонн фосфоровмісних сполук.
Дослідження атмосфери Венери проводилося за допомогою наземного телескопа Джеймса Кларка Максвелла (JCMT) на Гаваях і системи радіотелескопів ALMA в Чилі в міліметровому діапазоні хвиль.
"Присутність фосфіну в обсягах навіть кількох частин на мільярд абсолютно несподівано для окисленої атмосфери, де з'єднання, які містять кисень, значно переважають над з'єднаннями, які містять водень. Ми розглядаємо всі сценарії, які могли б пояснити появу фосфіну з урахуванням наявних знань про Венеру", – йдеться в статті.
Вчені підкреслюють, що життя на Венері є лише одним з можливих сценаріїв появи фосфіну в атмосфері і його виявлення не слід розглядати як доказ наявності живих організмів на планеті.
Харчова добавка альфа-кетоглутарат для подовження життя
Альфа-кетоглутарат виробляється в організмі людини шляхом природних метаболічних процесів і його виробництво можна посилити за допомогою фізичних вправ або голодування.
Деякі спортсмени і бодибілдери використовують альфа-кетоглутарат як харчову добавку для росту м'язової маси.
З попередніх досліджень відомо, що в людини альфа-кетоглутарат може знижуватися в десять разів у віці від 40 до 80 років.
Припускаючи, що він може спричиняти корисні антивікові ефекти, учені з Інституту дослідження старіння Бака (США) протестували терапію на мишах. Про результати їх експериментів розповідає New Atlas.
Протягом року 18-місячним мишам (відповідає віку 55 років у людини) щодня додавали альфа-кетоглутарат до раціону. У середньому вони жили на 12% довше порівняно з контрольною групою, однак більш цікаві результати були отримані в показниках стану здоров'я.
Оцінка біомаркерів старіння і когнітивних здібностей засвідчила, що в піддослідних гризунів показники були на 40% кращі, ніж у тих, які не отримували харчової добавки.
Різниця була добре помітна навіть зовні. На фото вгорі – миші з експерименту. Усі вони одного віку. Ліворуч – ті, хто отримували альфа-кетоглутарат, праворуч – ні (контрольна група).
Навіть у рано померлих гризунів, які отримували добавку, на останньому етапі життя покращився стан здоров'я, що виявилося дивним результатом для вчених.
Харчові добавки альфа-кетоглутарату доступні для використання вже протягом кількох років, проте поки невідомо, які наслідки можуть виникати при тривалому прийомі добавки.
Корейський термоядерний реактор встановив світовий рекорд
Фізики з Південної Кореї встановили новий світовий рекорд на установці для магнітного утримання плазми типу токамак KSTAR. Ученим вдалося утримувати високотемпературну плазму протягом рекордних 20 секунд при температурі іонів понад 100 млн градусів.
Експерименти на KSTAR тривають з 2008 року. Значних успіхів вчені змогли досягти ще два роки тому – тоді їм вдалося утримувати плазму аналогічної температури лише 1,5 секунди. Рік по тому був досягнутий показник 8 секунд.
Існують і інші термоядерні пристрої, здатні утримувати плазму при температурах 100 млн градусів і вище, але жоден з них не здатен підтримувати цей стан понад 10 секунд.
Час утримання є важливою характеристикою термоядерних пристроїв, яка визначає можливість їх використання для генерації електроенергії. Чим більший час утримання, тим довше реактор може виділяти енергію, а не тільки її витрачати.
Фахівці KSTAR планують збільшити час утримання до 300 секунд до кінця 2025 року. У кінці 2020 року дослідники обіцяли опублікувати результати проведених на установці експериментів, які дозволили продовжити час утримання до 20 секунд.
Поки що це значення залишається рекордним, але майбутній міжнародний термоядерний ректор ITER, імовірно, зможе показати більш вражаючі результати.
Бджолина отрута впоралася з найбільш агресивним видом раку грудей
Бджоли принесли людству чимало корисних продуктів і речовин: мед, прополіс і бджолину отруту, які використовуються в медичних цілях протягом тисячоліть.
Попри це, механізми дії бджолиної отрути – продукту секреторної діяльності залоз робочих особин медоносних бджіл – проти ракових пухлин вивчені недостатньо. Особливо коли йдеться про рак грудей, від якого страждають мільйони жінок.
За даними фахівців, на "тричі негативний" рак молочної залози припадає 10-15% усіх випадків цього онкологічного захворювання. При цьому клінічно ефективних методів його лікування не існує.
На думку вчених з Університету Західної Австралії та Інституту медичних досліджень Гаррі Перкінса, розуміння молекулярної основи і специфічності бджолиної отрути може стати ключем до розробки й оптимізації нових терапевтичних засобів для боротьби з раковими клітинами на основі доступного і недорогого натурального продукту.
"Тричі негативний" рак молочної залози названий так через те, що його клітини не містять трьох рецепторів: естрогену, прогестерону і білка HER-2. Це означає, що гормональна терапія безсила проти цього типу пухлини, яка швидко росте і може почати метастазувати вже на першій стадії.
Імовірність рецидиву після хіміотерапії висока, а рівень виживання після видалення пухлини вкрай низький.
Команда доктора Сиари Даффі з Інституту медичних досліджень Гаррі Перкінса та Університету Західної Австралії показала, що з "тричі негативний" рак грудей легко долає мелітин – компонент отрути медоносної бджоли.
Учені використовували отруту 312 бджіл та джмелів, а також мелітин, відтворений синтетичним шляхом, у поєднанні з препаратом хіміотерапії доцетакселом та без нього, щоб вивчити їх протиракові властивості на лабораторних мишах.
Бджіл присипали вуглекислим газом і тримали на льоду, поки діставали з їх черева отруйний шип.
Команда виявила, що і отрута бджоли, і мелітин не тільки швидко спричиняли загибель клітин особливо агресивного раку молочної залози і клітин раку грудей, збагачених рецептором HER2 (він відповідає за формування первинної стійкості до протипухлинних препаратів), а й показали ефективність у концентраціях, що не зачіпають здорові клітини.
"Ми виявили, що мелітин може повністю зруйнувати мембрани ракових клітин за 60 хвилин", – повідомила Даффі.
Крім того, мелітин лише за 20 хв зміг вплинути на сигнальні шляхи, необхідні для росту і ділення ракових клітин.
Детальний опис дослідження оприлюднений у науковому журналі Nature.
Науковці синтезували пальне з вуглекислого газу
22 грудня видання Nature Communications опублікувало результати дослідження, у рамках якого вченим з Оксфордського університету вдалося отримати пальне з вуглекислого газу.
Для цього вони використали залізний каталізатор, марганець, водень, лимонну кислоту і вуглекислий газ, нагріті до 350 градусів.
Після 20 годин випробувань хімічні реакції перетворили 38% вуглекислого газу на нові сполуки, 48% з яких становив етанол (пальне), решта – сполуки на кшталт етилену та пропілену, які використовують у виробництві пластику.
Один з авторів дослідження Пітер Едвардз вважає, що вже за два-три роки процес можна вдосконалити та зробити виробництво пального економічно вигідним.
"За 40 років моєї робити це найважливіший прорив. Сподіваємося, ми зможемо використовувати вуглекислий газ з атмосфери для створення авіаційного пального", – зазначив він.
Навіть якщо технологія виробництва етанолу не буде доцільною на Землі, вона може стати в пригоді майбутнім колонізаторам Марса, де частка вуглекислого газу в атмосфері становить 95,32%.
Редагування геному
Нобелівську премію з хімії у 2020 році отримали першовідкривачі методу редагування геномів за допомогою системи CRISPR/Cas9 Емануель Шарпантьє і Дженіфер Дудна.
Цей метод – один з найвідоміших проривів у біології за останні роки і в науці загалом. Він відкрив прямий шлях до технології справжнього, а не симптоматичного лікування генетичних захворювань.
Метод уже застосовується при терапії раку і зробив революцію в біотехнології, замінивши безліч старих ненадійних методів роботи з геномами рослин і мікроорганізмів.
Метод "генетичних ножиць" – так його ще називають – полягає у використанні молекулярних апратів бактерій для розрізання та внесення змін у будь-яку іншу послідовність ДНК: миші, корови, людини. Цей метод не лише уможливлює редагування геному, а робить цей процес точним.
Новина про метод з'явилася у 2012 році. Дудна та Шарпантьє описали у Science механізм CRISPR/Cas, завдяки якому ці організми захищаються від вірусів (розпізнають і "ріжуть" їх геном). Дослідниці висловили гіпотезу, що цю суперздатність бактерій можна використати для інших цілей.
Цей момент став переломним не лише для біологів, а й для всього людства. Минуло лише вісім років, а метод "генетичних ножиць" уже використовують для створення плодових дерев з імунітетом до шкідників, лікування сліпоти, внесення змін до геному ембріонів людини.
Вакцина проти COVID-19
Журнал Science назвав головним проривом 2020 року рекордно швидку розробку вакцини проти COVID-19.
Спалах хвороби вперше був зафіксований в Ухані, Китай, у грудні 2019 року. Недуга поширилася по всьому світу, що змусило країни ввести жорсткі карантинні заходи.
Геном вірусу першими розшифрували служби охорони здоров'я Китаю і 10 січня зробили його публічно доступним. Уже в березені кілька сотень приватних і державно-приватних організацій займалися створенням вакцини.
Найбільших успіхів досягли китайські приватні компанії CanSino Biologics, Sinovac Biotech та державна компанія Sinopharm.
У США фаворитами стали Moderna та Inovio Pharmaceuticals. У Європі німецька BioNTech розробила вакцину-кандидата, якою поділилася з фармацевтичним гігантом Pfizer. В Оксфордському університеті вакцину створила академічна група, залучивши компанію AstraZeneca.
Щоб зробити ефективну вакцину, розробники скористалися вражаючим спектром технологій. Moderna та Pfizer-BioNTech використали стратегію, яка ніколи раніше не виводила на ринок жодних ліків: лабораторний РНК-месенджер (мРНК).
Ця технологія дозволяє створити новий клас ефективних ліків. Вони "примушують" клітини виробляти білки, які можуть мати терапевтичну або профілактичну користь і мають потенціал боротьби з низкою захворювань.
Уже в грудні ЄС, Великобританія і США схвалили для масового застосування вакцини BioNTech/Pfizer, згодом США схвалили використання вакцини Moderna, а Великобританія – вакцини AstraZeneca.
Тобто від початку робіт із створення вакцини до масового застосування минуло менше року. Зазвичай вакцину розробляють 10-15 років.