Названо найдивовижніші наукові відкриття 2023 року

Тема моєї другої статті з рубрики "Проривні досягнення року" - це довгий шлях прогресу. На мій погляд, головний прорив - це процедура лікування серповидноклітинної анемії Casgevy, в основі якої лежить генне редагування. Я називаю CRISPR головним відкриттям цього року не лише через героїчну роботу, проведену за останні 12 місяців, а й через численних героїв, які присвятили цій роботі багато десятиліть.

Іноді дуже важливе зовсім нічого не означає. Цього літа інтернет протягом кількох тижнів божеволів через заяви про те, що вчені з Південної Кореї нібито створили напівпровідник кімнатної температури. Автор одного, що набрав безліч переглядів повідомлення, назвав це "найбільшим відкриттям в галузі фізики за все моє життя". Така технологія могла прокласти шлях до розробки та створення високоефективних електромереж та автомобілів, що ширяють у повітрі. На жаль, це виявилося неправдою. Тож, мабуть, головний висновок 2023 року про прогрес такий: основне та остаточне випробування – це перевірка часом. На цьогорічне революційне досягнення пішло більше 30 років, починаючи з відкриття явища і закінчуючи затвердженням лікувальної процедури в Управлінні з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами.

А "найбільше" відкриття в галузі фізики спростували за 30 днів.

1. Тріумф CRISPR. Це може стати методом лікування серповидноклітинної анемії.

У грудні Управління контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами схвалило перший у світі препарат, створений на основі технології CRISPR. Метод Casgevy, розроблений бостонською компанією Vertex Pharmaceuticals та швейцарською Crispr Therapeutics, призначений для лікування серповидноклітинної анемії. Це хронічне захворювання крові, від якого в США страждають близько 100 000 осіб, переважно чорношкірі.

Серповидноклітинна анемія є результатом мутації генів, яка впливає на вироблення гемоглобіну. Гемоглобін - це білок, що переносить кисень в еритроцитах. Через аномальну будову гемоглобіну червоні кров'яні тільця стають твердими і набувають серповидної форми. Коли ці деформовані клітини утворюють згустки, вони перешкоджають кровотоку в людини, викликаючи гостру біль, а іноді і смертельно небезпечну анемію.

Процедура лікування Casgevy складна і проводиться вона в кілька етапів. У пацієнта витягують стовбурові клітини з кісткового мозку та відправляють до лабораторії для подальшого генного редагування. Вчені використовують короткі паліндромні повтори з регулярними проміжками для видалення гена, який пригнічує вироблення ембріонального гемоглобіну. Більшість людей його вироблення припиняється після народження. (У 1948 році вчені виявили, що ембріональний гемоглобін не набуває серповидної форми.) Відредаговані клітини повертаються в організм інфузійно. Через кілька тижнів або місяців організм починає виробляти ембріональний гемоглобін, який запобігає злипанню клітин та покращує постачання тканин та органів киснем.

В ідеалі процедура CRISPR одноразова. У ході одного випробування 28 з 29 пацієнтів, за якими спостерігали 18 місяців, щонайменше рік не відчували гострого болю. Проте дані за десятиліття ми поки що не отримали.

Терапія Casgevy – це тріумф CRISPR. Але чудо-ліки занадто дороге для тих, кому його можуть призначити, а метод лікування занадто складний. І він творить дуже мало чудес. Більше 70% людей, які хворіють на серповидноклітинну анемію, живуть у країнах Африки південніше Сахари. Терапія Casgevy коштує близько двох мільйонів доларів. Це приблизно в 2 000 разів більше ВВП на душу населення в такій країні, як Буркіна-Фасо. У більшості цих країн немає медичної інфраструктури, необхідної для проведення такого лікування. Casgevy – чудовий винахід, але як і завжди, успіх – це коли відкриття вдається реалізувати на практиці.

2. Глюкагоноподібний пептид-1. Революція у боротьбі з діабетом та ожирінням.

У 1990-х роках невелика група вчених познайомилася з "монстром Хілою", як називають товсту ящірку із сімейства ядозубів, яка цілий місяць може прожити без їжі. Вивчивши слину ящірки, дослідники виявили там гормон, що знижує рівень цукру в крові та регулює апетит. Через десятиліття з'явилася синтетична версія слини незвичайної ящірки. Це були перші у своєму роді ліки для лікування діабету другого типу. Його назвали "агоністом рецепторів глюкагоноподібного пептиду-1". Назва довга і важковимовна, і тому вчені найчастіше називають його АР ГПП-1.

Сьогодні у світі величезна кількість нових препаратів із серії АР ГПП-1. І назв у них теж безліч. Данська компанія Novo Nordisk продає семаглутид під назвами Оземпік (затверджений для лікування діабету другого типу) та Вегові (для схуднення). Eli Lilly реалізує на ринку тирзепатид під назвами Мунджаро (діабет другого типу) та Зепбаунд (для корекції зайвої ваги). Здебільшого всі ці препарати діють однаково. Вони імітують гормони кишечника, що стимулюють вироблення інсуліну, і подають у головний мозок сигнал про те, що пацієнт ситий. За даними клінічних випробувань, пацієнти, які приймають такі препарати, втрачають 15 і більше відсотків своєї ваги.

Революція, вироблена АР ГПП-1, змінює медицину та культуру так, що "це викликає потрясіння і деяке збентеження", написали автори статті в журналі Science, назвавши дані препарати "проривом року". У світі півмільярда людей живуть із діабетом. І лише в Америці 40% населення страждає від ожиріння. Відносно безпечні ліки, що стимулюють вироблення інсуліну і знижують споживання калорій, можуть кардинально змінити спосіб життя і культуру.

Деякі люди, які приймають агоніст рецепторів глюкагоноподібного пептиду-1, скаржаться на нудоту, а декому перестає подобатися улюблена їжа. У поодиноких випадках цей препарат викликає параліч шлунка. Але чудова дія цих препаратів не обмежується виробленням інсуліну у діабетиків та зниженням ваги. За допомогою компанії Novo Nordisk було проведено дослідження, яке показало, що ці препарати знижують ймовірність інфаркту та інсульту на 20%. Дані опитування Morgan Stanley показують, що люди, які вживають препарати з розряду АР ГПП-1, їдять менше цукерок, п'ють менше алкоголю та на 40% збільшують споживання овочів. Схоже, що ці ліки знижують потяг курців до тютюну, ігроманів — до азартних ігор, а в деяких відбиває звичку кусати нігті. АР ГПП-1 - унікальні ліки, але не виключено, що це також незвичайний засіб, який допомагає вченим краще зрозуміти, як у нашому організмі взаємодіють кишечник, мозок і сила волі.

3. GPT та перетворювачі білків. На що не здатні величезні мовні моделі?

У березні компанія OpenAI випустила GPT-4 - останню і найскладнішу версію мовної моделі, на основі якої діє чат-бот ChatGPT. Уявіть собі, що ви намагаєтеся розібратися в сенсі цієї пропозиції два роки тому. Це корисне нагадування у тому, деякі речі типу мовних моделей спочатку розробляються дуже повільно, та був усе відбувається миттєво.

Є свідчення, що такі інструменти підвищують продуктивність деяких працівників. Опитування показують, більшість розробників програмного забезпечення вже використовують штучний інтелект з метою прискорення процесу написання кодів. 

А ще ці інструменти, мабуть, забирають роботу у фрілансерів та білих комірців. OpenAI стверджує, що її технологія може скласти іспит на отримання медичної ліцензії, а також набрати більше 85% на вступному іспиті до юридичного коледжу. Я особисто вважаю, що це приголомшливе досягнення, хоча для більшості користувачів це справді іграшка.

Літера Т GPT означає "трансформер". Трансформери — це щось подібне до інструментів для створення величезної збірки рецептів мов, до якої звертається штучний інтелект, щоб приготувати змістовні та новаторські відповіді на будь-який запит. Якщо ШІ може створити колосальну кухонну книгу мовних значень, чи може він зробити те саме з іншим масивом інформації? Наприклад, чи може він вивчити "мову", якою наші клітини розмовляють одна з одною?

Цієї весни команда дослідників розмістила в журналі Science оголошення про те, що знайшла можливість використовувати технологію трансформерів для прогнозування білкових послідовностей на рівні окремих атомів. Це відкриття було зроблено на основі ШІ системи AlphaFold, розробленої в компанії Alphabet. Вчені пояснили мені, що завдяки цьому проривному відкриттю ми можемо використовувати мовні моделі, щоб швидко формувати мільйони білків. Але мене найбільше вразило інше. Якщо технологія трансформерів дозволяє створювати структури мов і протеїнів, вона дуже схожа на видатний інструмент розширення знань.

4. Термоядерний синтез. Ближче до здійснення мрії.

Усередині Сонця стикаються і з'єднуються атоми, і завдяки цьому процесу утворюються тепло і світло, які роблять можливим життя на нашій планеті. Вчені намагаються використовувати цю магію під назвою синтез для виробництва нашої власної нескінченної, відновлюваної та екологічно чистої енергії. Але тут є проблема. Приборкати цю енергію надовго не вдається нікому.

Проте за останні 13 місяців ми стали свідками не одного, а цілих двох досягнень у галузі синтезу. У грудні минулого року лазерами Ліверморської національної лабораторії у Каліфорнії вдалося підірвати алмаз, що містить невелику кількість замороженого водню. Менш ніж на 100 трильйонних часток секунди вдалося створити реакцію, яка звільнила близько трьох мегаджоулів енергії. Це в півтора рази більше за кількість енергії лазерів. За словами вчених, їм вперше вдалося відтворити реакцію синтезу в лабораторних умовах та створити більше енергії, ніж знадобилося на проведення самої реакції. У липні дослідники з тієї ж лабораторії майже вдвічі збільшили чисту кількість енергії в результаті реакції синтезу. Стартапи щосили намагаються не відстати у цій гонці з науковими лабораторіями. Нові компанії синтезу Commonwealth Fusion Systems та Helion намагаються масштабувати цю технологію.

Можливо, синтез опалюватиме наші будинки вже наступного року? Як би не так. А може, наступного десятиліття? Схрестимо пальці. Тоді, можливо, ще за життя читачів цієї статті? Таке можливо. Невіруючі мають всі підстави для сумнівів, але це проривне відкриття доводить, що використовувати енергію зірок на нашій планеті можна.

5. Вакцина від малярії та РСВ. Хороша новина для дітей.

Малярія одна із головних причин дитячої смертності. У 2022 році вона вбила понад 600 000 людей. Але з кожним роком ми наближаємося до того моменту, коли зможемо позбавити світ цієї жахливої ​​хвороби.

15 місяців тому було доведено, що перша вакцина від малярії, розроблена вченими з Оксфордського університету, запобігає цьому інфекційному захворюванню з 80-відсотковою ефективністю. Вже щеплені мільйони дітей. Проте попит набагато перевищує пропозицію. Ось чому вкрай важливо, щоб у 2023 році Всесвітня організація охорони здоров'я рекомендувала до застосування другу вакцину від малярії під назвою R21, яка набагато дешевше і простіше у виготовленні, ніж перша, проте має той самий рівень ефективності. ВООЗ заявляє, що якщо R21 буде затверджено, запасів вакцини вистачить для всіх дітей, що живуть в районах з підвищеним ризиком зараження малярією.

Більше того, минулого року Управління контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами затвердило вакцини проти респіраторно-синцитіального вірусу, або РСВ. За оцінкою Американської асоціації легень, РСВ настільки поширений, що ним заражаються 97% дітей віком до двох років. За рік до 80 000 дітей до п'яти років та 160 000 дорослих госпіталізують із діагнозом РСВ. У травні компанії Pfizer та GSK отримали від Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами дозвіл на використання вакцини від РСВ для дорослих. А в липні управління схвалило вакцину, яка захищає немовлят та дітей молодшого віку.

6. Штучний інтелект - вбивця. ШІ на війні.

У кошмарних снах песимістів штучний інтелект, наше величезне досягнення, повстає проти нас і влаштовує масову бійню. Напевно, вони помиляються. Проте здоровий аналіз показує, що 2020-ті роки стали часом появи штучного інтелекту, який вбиває. На відміну від усіх інших проривних досягнень зі списку, це породжує явні та нагальні проблеми моральної якості.

Під час найрезонанснішого у світі конфлікту Ізраїль посилює обстріли та бомбардування Гази з використанням платформи вибору цілей "Хабсора" ("Євангеліє") на основі ШІ. За повідомленнями Guardian та ізраїльського журналу +972, армія Ізраїлю щодня використовує "Хабсору" для отримання десятків рекомендацій щодо цілей. Ця система накопичує розвідувальні дані та ідентифікує приватні будинки та людей, підозрюваних у співпраці з ХАМАС та з "Ісламським джихадом". (ЦАХАЛ також визнав, що використовує штучний інтелект щодо цілей для поразки).

Як відплата за напад ХАМАС, що сталася 7 жовтня, армія Ізраїлю проводить одну з наймасштабніших за всю історію кампанію бомбардувань. Військові аналітики розповіли Financial Times, що руйнування Гази, що триває сім тижнів, наблизилося за своїм розмахом до тієї шкоди, яку було завдано бомбардуваннями союзників німецьким містам за роки Другої світової війни. Ізраїльські бомбардування з використанням штучного інтелекту показують нам інший бік історії про ШІ як двигун прогресу.

Війна в Україні стала, мабуть, першою у світовій історії війною дронів. (Хтось може заявити, що пальму першості слід віддати Азербайджану, який активно використовував безпілотники під час військової операції на вірменській території Нагірного Карабаху.) Спочатку Україна використала турецький безпілотник "Байрактор ТВ2" для завдання ударів по російських танках і вантажівках. Повітряна зйомка атак дронів схожа на відеогру, в якій вибухають колони автомашин. Як повідомляє видання Wired, на честь Байрактара написали популярну пісню, і його ім'ям назвали лемура в київському зоопарку. Але Росія у відповідь почала застосовувати системи перехоплення, які знищують по 10 тисяч безпілотників щомісяця. Україні сьогодні не вдається виробляти та закуповувати дрони у достатній кількості для поповнення втрат, а Росія широко застосовує безпілотні літальні апарати для руйнування української інфраструктури.

7. Fervo та водень. Використовуючи тепло планети.

Енергетика — це багато в чому пошук додаткової теплової енергії. А якщо так, є одне привабливе рішення, що полягає у використанні тепла розпечених земних надр. Для традиційних геотермальних електростанцій бурять свердловини, щоб дістатися до підземних гарячих джерел, вода з яких приводить у рух турбіни. Але майже всюди такі резервуари перебувають надто глибоко під землею, і дістатися до них неможливо. Ми починаємо бурити і упираємося в скельні породи.

Минулого року ми згадували у своєму списку експериментальний стартап Quaise, що подрібнює граніт концентрованим пучком енергії на радіочастотах. В цьому році ми вшановуємо проект Fervo, в рамках якого використовуються передові геотермальні системи. Компанія Fervo застосовує метод гідророзриву пласта, який використовується в нафтогазовій галузі, і за допомогою цієї технології дістається розпечених підземних порід. Потім у тріщини, що утворилися, закачується холодна вода, яка створює свого роду штучне гаряче джерело. У листопаді компанія оголосила, що її геотермальна система в Неваді введена в експлуатацію і вже забезпечує безвуглецеву електроенергію дата-центри Google.

Але це не останнє досягнення у сфері освоєння підземного тепла. Одинадцять років тому інженери натрапили в Малі на родовище газу водню. Коли його підключили до генераторів, цей водень почав виробляти електрику для місцевого містечка, а на виході була лише вода. У 2023 році уряди та приватні компанії активізували пошуки природних родовищ водню, а журнал Science назвав цю роботу одним із головних проривів року. (Такий водень відрізняється від природного газу, про який ми всі чули, і який є органічним паливом.) Згідно з висновками одного американського дослідження, наша планета містить приблизно трильйон тонн водню. Цього вистачить, щоб багато тисяч років забезпечувати людство паливом і добривами.

8. Штучні шкірні бактерії. А що, якщо фарба для обличчя лікує рак?

Минулого року я розповідав вам про рідкий розчин, який оживляє органи мертвих свиней. Цього року ми раді повідомити, що фарба для обличчя лікує рак. Ну, це своєрідна фарба. І швидше вона бореться з раком, ніж виліковує. І лише у мишей. І тим не менш!

Дозвольте розповісти все по порядку. Деякі шкірні бактерії змушують нашу імунну систему виробляти Т-клітини (Т-лімфоцити), які шукають та знищують хвороби в нашому організмі.

Цієї весни вчені оголосили, що створили просту шкірну бактерію для перенесення фрагментів пухлинного матеріалу. Коли вони почали втирати цю суміш у голови лабораторних мишей, ті почали виробляти у себе в організмі Т-лімфоцити, які шукали та атакували видалені пухлинні клітини. Так що так, по суті, це фарба для обличчя, яка бореться з раком.

У багатьох вакцинах вже використовуються модифіковані віруси, такі як аденовірус, як засіб доставки лікарських засобів до потрібної ділянки організму. Можливість доставляти протиракові препарати (і навіть вакцини) через шкіру – це справжній прорив, особливо у світі, де люди бояться уколів. Це ж фантастика, якщо подумати про те, що в майбутньому робити щеплення та лікувати людину від онкології буде так само просто, як намазати обличчя кремом.

9. Ліки для вірного друга. Препарати, що продовжують життя собак.

Наука про довголіття переживає момент тріумфу. Видання Bloomberg Businessweek нещодавно написало про "титани технологій, венчурних капіталістів, ентузіастів крипто та дослідників штучного інтелекту, які перетворили дослідження довголіття на щось середнє між найпопулярнішою наукою та трагікомедією". З'явився, напевно, трильйон (я округляю) подкастів та повідомлень про те, як метформін, статини та інші препарати продовжують наше життя. Але де тверді докази того, що ми скоро зрозуміємо, як продовжити життя своїм близьким і коханим?

Подивимося на собак. Собаки великих порід, таких як німецькі доги та ротвейлери, зазвичай помирають раніше за маленьких песиків. Біотехнологічна компанія Loyal виготовила новий препарат, який продовжує життя цим друзям людини. Він орієнтований на гормон під назвою інсуліноподібний фактор росту 1 (IGF-1). Деякі вчені вважають, що високий вміст гормону прискорює процес старіння у великих собак. Знижуючи вміст IGF-1, Loyal сподівається обмежити зростання інсуліну, який пов'язують із старінням. У листопаді компанія оголосила, що виконала низку конкретних вимог Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами, і тепер можна буде прискорено домогтися дозволу на використання даного препарату, який продовжує життя великим собакам. "Наданих вами даних достатньо для того, щоб обґрунтовано розраховувати на ефективність препарату", - написав представник управління у листі на ім'я компанії, яке вдалося прочитати редакції New York Times.

Поки що ліки Loyal у продаж не надійшло, і власники собак не можуть його купити. Можливо, його почнуть продавати лише за кілька років. Але підтримка Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами – це історичне визнання ефективності ліків, які продовжують життя собакам.

Автор: Дерек Томпсон 

The Atlantic , США