Наука и космос Новости 19.12.2021 в 10:22 comment views icon

Журнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезу

author avatar
https://secure.gravatar.com/avatar/b303a3ef67b301f02882656cb7a9184b?s=96&r=g&d=https://itc.ua/wp-content/uploads/2023/06/no-avatar.png *** https://secure.gravatar.com/avatar/b303a3ef67b301f02882656cb7a9184b?s=96&r=g&d=https://itc.ua/wp-content/uploads/2023/06/no-avatar.png *** https://itc.ua/wp-content/themes/ITC_6.0/images/no-avatar.svg

Тетяна Нечет

Автор новостей

«Прорыв года» — ежегодная премия, присуждаемая журналом Science, за наиболее значительные научные исследования и открытия. Это одна из высших наград в области науки. В 2021 году известное издание присудило главный приз за исследования трехмерной структуры белков с помощью искусственного интеллекта (ИИ).

Главный прорыв: алгоритмы, которые предсказывают структуры белков

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1972 году американский биохимик Кристиан Анфинсен заявил, что однажды можно будет предсказать трехмерную структуру любого белка, просто исходя из последовательности его аминокислот. К сожалению, он не дожил до того дня, когда это стало возможным.

В человеческом теле сотни тысяч белков. Они сокращают мышцы, превращают пищу в клеточную энергию, переносят кислород и борются с микроорганизмами-захватчиками. При этом у всех белков одна основная форма: линейная цепочка из 20 различных видов аминокислот, связанных друг с другом в последовательности, закодированной в ДНК. Посредством рибосом эти цепочки приобретают сложную трехмерную форму. Она определяет, как белки взаимодействуют с другими молекулами, их роль в клетке.

В 1950-х годах ведущим подходом для определения трехмерной структуры была рентгеновская кристаллография. Исследователи наносили на карту трехмерные структуры белков, анализируя, как рентгеновские лучи «рикошетят» от атомов молекул. В 60-х годах в своих работах Анфинсен и другие ученые предположили, что взаимодействия между аминокислотами придают белкам их окончательную форму. Но, учитывая огромное количество возможных связей между каждым отдельным звеном цепи и всеми остальными, белки даже небольшого размера принимали астрономическое количество возможных форм. И на расшифровку всех белков человеческого организма потребовались бы сотни лет и миллиарды долларов.

Спустя почти 50 лет исследователи создали программное обеспечение, управляемое искусственным интеллектом, способное воспроизводить тысячи точных белковых структур. В 2018 году появилась программа AlphaFold компании Google DeepMind. Она обучалась работе на уже готовых базах белковых структур. В 2020 году создана программа AlphaFold2, состоявшая из сети 182 процессоров, оптимизированных для машинного обучения. Она работала почти на уровне экспериментальных методов.

В 2021 году программа искусственного интеллекта RoseTTAFold решила структуры сотен белков из класса общих лекарственных мишенейЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуКонкретных молекул в организме, чья биохимическая функция тесно связана с возникновением и/или развитием определенной патологии, воздействие на которые молекулой лекарственного препарата дает терапевтический эффект. Позже ИИ DeepMind проделал то же, но с 350 тысячами белков, обнаруженных в человеческом теле (44% всех известных).

Курс Python basic.
Почни з Python на курсі, призначеному для тих, хто тільки починає свій шлях в IT-індустрії і не має уявлення про основи програмування і в якій спеціальності розвиватися.
Дійзнайтеся більше

В ближайшие месяцы исследователи рассчитывают увеличить базу до 100 миллионов белков всех видов, что составляет почти половину от предполагаемого общего числа. Следующая задача — предсказать, какие из этих белков работают вместе и как они взаимодействуют. DeepMind AlphaFold2 уже этим занимается: в октябре ученые представили 4433 белок-белковых комплекса. В ноябре RoseTTAFold добавил еще 912 комплексов.

Alphabet намерен использовать предсказанные белковые структуры для разработки новых кандидатов в лекарства. А RoseTTAFold — придумывать новые последовательности белков, которые превратятся в стабильные структуры, что может привести к появлению новых антивирусных препаратов и катализаторов.

Код программ общедоступен и помогает ученым по всему миру. Они используют AlphaFold2 для моделирования эффекта мутаций в спайковом (S) белке штамма «Омикрон». Встраивая в белок более крупные аминокислоты, мутации изменили его форму — возможно, настолько, что антитела не могут нейтрализовать вирус.

Другие важные научные достижения в 2021 году по версии Science

  • В этом году впервые из пещерной грязи была получена ДНК, некогда находившаяся в ядре человеческих клеток. Исследователи использовали эту ​​«грязную ДНК», чтобы идентифицировать древних обитателей и составить карту обитания людей и животных в трех пещерах.
  • В Национальном комплексе зажигания США термоядерный реактор впервые выработал больше энергии, чем было затрачено на его работу.
  • Появились таблетки от коронавируса. «Молнупиравир» производства компании Merck & Co и «Паксловид» компании Pfizer.
  • Стало возможным лечение посттравматического стрессового расстройства с применением MDMA (он же «Экстази»).
  • Продвинулась вперед разработка моноклональных антителЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуАнтитела, разработанные в лаборатории и вводимые пациентам в рамках специализированной терапии. для борьбы против рака, аутоиммунных заболеваний, SARS-CoV-2, респираторно-синцитиального вируса, ВИЧ, Эболы, малярии и не только.
  • Впервые, с помощью посадочного модуля NASA InSight, удалось изучить внутреннюю структуру Марса.
  • Ученые подтвердили больший магнетизм мюона, более «тяжелого» и нестабильного «родственника» электрона, чем предсказывала теория элементарных частиц и сил. Магнетизм мюона дал ученым косвенный способ поиска дополнительных неоткрытых частиц.
  • Инструмент редактирования генов CRISPR исследуют на людях. Технология показала хорошие результаты в борьбе с наследственным транстиретиновым амилоидозомЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуПри нем разрушаются органы и ткани организма, в том числе сердце и врожденным амаврозом ЛебераЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезуЖурнал Science назвал 10 главных прорывов года в науке: алгоритмы предсказания структуры белков, таблетки от COVID-19 и шаг к управляемому термоядерному синтезунаследственное заболевание сетчатки глаз.
  • Ученые представили потенциальные легальные альтернативы нелегальным исследованиям на живых эмбрионах: мышиные эмбрионы росли искусственно дольше, чем раньше; разработали «реплики» эмбрионов из человеческих стволовых клеток или перепрограммированных взрослых клеток.

Продолжается конкурс авторов ИТС. Напиши статью о развитии игр, гейминг и игровые девайсы и выигрывай профессиональный игровой руль Logitech G923 Racing Wheel, или одну из низкопрофильных игровых клавиатур Logitech G815 LIGHTSYNC RGB Mechanical Gaming Keyboard!


Loading comments...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: