Най-интересното в света на науката

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА

Изкуственият интелект създава нови, по-добри лекарства

Последните две години безспорно бяха белязани от невероятния прогрес на изкуствения интелект (ИИ). Докато цялото обществено внимание беше насочено основно към големите езикови модели като Chat-GPT и GPT-4 и тяхното влияние върху пазара на труда, истинска тиха революция се случваше в сферата на медицината и фармацията.

В последните две години ИИ алгоритми разгадаха една от най-съкровените тайни в биологията - как се нагъват протеините, а през 2023 г. започнаха да генерират радикално нови молекули, които никога не са наблюдавани в природата. Това дава невероятни възможности за медицината - от разпознаването на нови молекули-мишени по повърхността на ракови клетки и идентифицирането на нови приложения за вече съществуващи лекарства до създаването на напълно нови, по-добри медикаменти, включително и срещу редица нелечими до момента заболявания.

Към момента над 200 медикамента са разработени по този начин, като поне 30 от тях вече са в клинични изпитвания при хора. ИИ беше използван и при разработването на нов антибиотик срещу важен патоген, отговорен за много упорити вътреболнични инфекции, който не се повлиява от съществуващите медикаменти.

Редица специалисти смятат, че е въпрос на време лекарствата да не се проектират от хора, което би намалило разходите и периода за разработка на нови, по-ефикасни медикаменти, с по-малко странични ефекти.

Освен в медицината ИИ се намесва и в дизайна на нови материали с много по-добри качества от вече съществуващите за строителството, аерокосмическата и други високотехнологични индустрии.

Първият синтетичен човешки ембрион

Учени от Университета в Кеймбридж и Калифорнийския технологичен институт обявиха успешното създаване на първия синтетичен човешки ембрион. Ембрионът е получен от препрограмирани стволови клетки без нужда от сперматозоид и яйцеклетка. Това може да даде важна информация за развитието на различни генетични заболявания или биологичните причини за спонтанните аборти. Методът може да е и важен източник на ембриони за научни изследвания. Разбира се, откритието отваря редица важни етични и правни въпроси, като според редица специалисти технологиите се развиват по-бързо от капацитета ни да ги контролираме.

Все още не е ясно дали синтетичните ембриони могат да продължат развитието си отвъд най-ранните стадии и да доведат до получаване на здрав индивид. До момента подобни експерименти с имплантиране на синтетични ембриони в мишки в Израел и в маймуни в Китай не са довели до успешна бременност.

Трансплантации

Тази година бяха извършени някои революционни постижения в трансплантационната медицина, например първата в света трансплантация на цяло човешко око. Тя беше направена на Аарон Джеймс, работник на 46 г., пострадал при инцидент с електричество, при който цялата лява част на тялото и главата му били силно обгорени. Освен лявото око по време на сложната операция са му трансплантирани още голяма част от лицето и брадичката. Въпреки че към момента пациентът не показва признаци на възвръщане на зрението си, събраният опит дава надежда, че подобни процедури могат да са по-успешни в бъдеще.

Инженери и учени от университета на Минесота доказаха, че дълготрайното съхранение на органи при свръхниска температура е напълно възможно, като трансплантираха размразен бъбрек в плъх. При замразяването учените са използвали криопротектори, вещества, които пречат на образуването на кристали вътре в клетката, а при размразяването - специални наночастици, които действат като микронагреватели вътре в органа и го затоплят бързо и равномерно в дълбочина. Новият орган успешно е поел бъбречната си функция, като това е първи подобен успех при трансплантация на замразени органи в бозайници. Изследването може да спаси хиляди човешки животи, като позволи дълготрайното съхранение на органи, които да се използват за трансплантации и научни изследвания.

Ваксина за малария

Маларията е едно от заболяванията, убило най-много хора през историята на света. В момента по света има около 230 млн. случая годишно и над 400 хил. от тях завършват фатално. 61% от смъртните случаи са при деца между 1 и 5 години, предимно в Африка.

Наскоро СЗО одобри нова ваксина срещу малария, която е дело на учени от Оксфордския университет. Тя съдържа т.нар. CSP протеин, а целта ѝ е да се провокира производството на антитела срещу паразита, които да го неутрализират още преди да е влязъл в човешките клетки. При огромно изследване с почти 5000 деца, проведено в 4 държави в Африка, тя демонстрира 75% ефикасност - значително по-добре от единствената друга ваксина.

Новата ваксина е предназначена само за деца на възраст между 5 месеца и 3 години и е доста по-евтина и лесна за производство, като поне 28 държави от Африка планират да я въведат от догодина. Това ни дава надежда, че може би най-накрая ще започнем да надмогваме в борбата срещу този глобален убиец.

СЗО одобри нова ваксина срещу малария, разработена от Оксфордския университет. Поне 28 африкански държави планират да я въведат от догодина. Източник: Shutterstock

Първата в света ваксина срещу RSV

Респиратно-синцитиалният вирус (RSV) причинява сходно заболяване на COVID, което най-често протича доста по-леко, но може да е опасно за новородени, малки деца и хора над 60 години. Опитите да се разработи ефикасна и достатъчно безопасна ваксина срещу RSV продължават над шест десетилетия. Едва през тази година бяха одобрени първите две такива ваксини за лица над 60-годишна възраст - "Арексви" на GSK и "Абрисво" на Pfizer, като и двете са насочени към т.нар. F протеин, с помощта на който вирусът навлиза в клетката.

Резултатите от тестовете при десетки хиляди доброволци над 60 години показват значително понижаване на риска от развитие на инфекция в долните дихателни пътища - с над 80%, и намаляване на риска от тежко протичане с над 90%.

"Абрисво" пък се превърна и в първата в света предродилна ваксина, одобрена от щатския регулатор (FDA). Ваксината се дава на майката, като целта е да се изгради имунитет в бебето, докато още е в майчината утроба. При тестове върху повече от 7000 жени в последния триместър на бременността ваксината демонстрира 81% ефективност при предпазване на бебета от сериозни заболявания на долните дихателни пътища. Очаква се Европейската агенция за лекарствата (EMA) да се произнесе до края на годината за евентуалното одобрение на ваксината и в Европа още от догодина. Надеждата е, че това може да предотврати над 200 хил. хоспитализации на деца до 5-годишна възраст само в рамките на ЕС.

Нови надежди в лечението на Алцхаймер

С увеличаване на средната продължителност на живота все повече хора са засегнати от невродегенеративни заболявания и различни форми на деменция. В момента това е достигнало размерите на глобална епидемия - около 60 млн. души получават диагноза болест на Алцхаймер всяка година, като се очаква техният брой да нарасне до 140 млн. до 2050 г. През юли тази година беше одобрен първият медикамент от доста време насам за лечение на ранна фаза на Алцхаймер.

Lecanemab на японската компания "Ейсай" представлява моноклонално антитяло срещу бета-амилоид, основен компонент на амилоидните плаки в мозъка на хората със заболяването. След над 30 години тестване на подобни лекарства това беше определено като исторически успех, но повечето специалисти са далеч по-критични. В клиничните изпитвания медикаментът е показал понижаване с едва 27% на скоростта на прогресия на симптомите, въпреки че пациентите продължили да се влошават. Освен това има сериозни странични ефекти, особено повишен риск от животозастрашаващи мозъчни кръвоизливи.

И до момента не е ясно дали амилоидните плаки са причина или следствие на Алцхаймер, а от години учени и лекари призовава към радикална промяна в парадигмата и търсене на нов механизъм за лечение. Екип от немски учени по-рано през годината докладваха, че са открили нова терапевтична мишена, докато други техни колеги се фокусират върху ранното детектиране на заболяването, години преди появата на първите симптоми и ролята на микробиома в развитието на Алцхаймер.

CRISPR революция в медицината

Тази година беше белязана от важно събитие в медицината: одобрението на първата в света терапия, базирана на генно редактиране с метода CRISPR - медикаментът Casgevy за лечение на сърповидно-клетъчна анемия и бета-таласемия. И двете заболявания се причиняват от мутации в гена на бета-глобина, част от молекулата на хемоглобина, които водят до малформации в структурата на червените кръвни клетки и нарушаване на способността им да пренасят ефективно кислород в тялото. При терапията се изолират стволови клетки от пациента, които се подлагат на генна редакция и след това се връщат обратно в пациента. Еднократното лечение почти напълно елиминира пристъпите на болка и нуждата от кръвопреливания при пациентите.

Това е голям успех за генното редактиране и прокарва пътя за одобряването и на още много CRISPR-базирани терапевтични средства. А много от тях са вече на път - по-рано през годината методът демонстрира изключително убедителни резултати при лечението и на още две генетични заболявания - транстиретин амилоидоза и форма на наследствен ангиоедем, както и при някои форми на детска левкемия.

Макар да не беше напълно успешен, вторият орбитален тест на Starshio през ноември за пръв път изпрати най-голямата ракета в историята в космоса, Източник: Shutterstock

КОСМОС

Прогресът на Starship

Най-голямата космическа ракета, която някога сме правили, Starship на SpaceX, не просто полетя, а този път успя да достигне Космоса. Чудото се случи на 18 ноември пред очите на милиони хора по целия свят, които наблюдаваха изстрелването на живо. За разлика от първия орбитален тест през април, този път дуото Starship - Super Heavy се представи много по-добре - запалиха се всички двигатели и на двете степени, които се разделиха успешно, а ракетата достигна над 140 км височина, превръщайки се в първия Starship, достигнал Космоса. В крайна сметка и двете степени бяха унищожени при теста, но SpaceX показаха на света, че са само на крачка от голямата космическа революция. Събраните данни по време на втория орбитален тест, липсата на поражения върху площадката и фактът, че SpaceX разполагат с още 4 почти готови за полет ракети, означава, че съвсем скоро може да станем свидетели на нов полет, който, ако успее да достигне орбита, със сигурност ще промени правилата на играта в космическата индустрия.

Няколко нови мисии на ЕКА

Тази година стартираха две изключително важни мисии на Европейската космическа агенция (ЕКА). Мисията JUICE, изстреляна на 14 април, е и най-голямата и най-амбициозна мисия на ЕКА досега. Целта на космическия апарат е Юпитер, където ще изследва три от спътниците на газовия гигант - Европа, Ганимед и Калисто. Луните на Юпитер представляват голям интерес за науката, защото се смята, че под повърхността им има океани от течна вода, където условията са подходящи за съществуването на примитивен живот.

Другата дългоочаквана мисия - на космическия телескоп "Евклид", стартира на 1 юли и около месец по-късно се установи на орбита около L2 точката, където е и космическият телескоп James Webb. От позицията си на около 1.5 млн. км от Земята апаратът предстои да направи една от най-детайлните карти на една трета от небосвода, като заснеме над 2 млрд. галактики до 10 млрд. години назад във времето. Основната цел на събраните данни е да хвърлят повече светлина върху произхода и еволюцията на тъмната енергия и тъмната материя.

Индия

2023-a беше една от най-силните години за Индийската космическа агенция (ISRO). Мисията "Чандраян" превърна Индия в едва четвъртата държава в света, приземила апарат на естествения ни спътник, и единствената, успешно приземила такъв на южния полюс на Луната. Но това беше само началото - броени седмици след това ISRO успя да изстреля успешно и първата си космическа слънчева обсерватория "Адития-L1", а са на път в началото на 2024 г. да извършат и първия тестов полет на бъдещия си пилотиран космически кораб "Гаганян", което ще затвърди позицията на Индия наред с другите космически сили.

Астероидни мисии

Сериозен акцент тази година беше изследването на по-малките космически обекти - астероидите. Мисията OSIRIS-REx на НАСА, изстреляна през 2016, стана едва вторият инструмент, който успя да върне на Земята проби от астероид - астероидът Бену, един от най-опасните астероиди, познати на човечеството. На 24 септември тази година капсулата със събрания материал се приземи в пустинята в Юта, където инженери и учени я очакваха с вълнение. Пробите ще бъдат споделени с учени от цял свят, а събраните данни ще ни помогнат да разберем повече за формирането и еволюцията на Слънчевата система.

На 13 октомври тази година на борда на Falcon Heavy беше изстреляна и друга важна мисия на НАСА - "Психея". Апаратът се насочи към едноименния астероид (16-Психея) и се очаква да достигне орбита около него през 2029 г. 16-Психея е най-големият известен метален астероид - с диаметър 220 км. Той е богат на никел и желязо и се смята, че може би представлява ядрото на протопланета, което е било оголено при грандиозен сблъсък с друго небесно тяло.

КОСМОЛОГИЯ И ФИЗИКА НА ЕЛЕМЕНТАРНИТЕ ЧАСТИЦИ

Как гравитацията взаимодейства с антиматерията

Тази година от ЦЕРН обявиха, че са успели да отговорят на важен въпрос във фундаменталната физика - как взаимодейства гравитацията с материята и как с антиматерията. Учени от експеримента ALPHA, наричан още "фабриката за антиматерия в ЦЕРН", за пръв път показват, че атоми на водород и атоми на антиводород (или "антиатоми") падат с една и съща скорост в земната гравитация. С това се потвърждава за пореден път теорията на общата относителност на Айнщайн, според която материята и антиматерията взаимодействат по един и същ начин с гравитацията. Тези данни ще ни помогнат да разберем по-добре Вселената и ролята на антиматерията в нея.

Гравитационно-вълновият фон

Тази година беше обявено и друго голямо откритие в космологията - наличието на т.нар. гравитационно-вълнов фон. Така се потвърждава нещо, за което се подозира от отдавна, а именно, че Вселената е изпълнена с вибрации в самото пространство-време, подобно на космическа симфония, която се разпространява във всички посоки. За установяването му учените са използвали данни от американската Нанохерцова обсерватория за гравитационни вълни (NANOGrav), като са установили леки колебания в осцилациите на радиосигналите на пулсари - мъртви звезди, които излъчват периодичен сигнал, подобно на "космически фарове".

Не е ясно какво поражда тези вибрации. Може да са двойки черни дупки или други астрономични явления, но може и да е ехото от някакво мащабно космическо явление, случило се в ранните етапи от формирането на Вселената. Откритието отваря изцяло нова област във космологията - гравитационна астрофизика. Учените се надяват, че с нейна помощ ще можем да откриваме нови обекти, природата на тъмната енергия и тъмната материя и ще разберем повече за това как работи самата Вселена.

ДРУГИ НОВИНИ

Учени направиха най-сложната карта на връзките между невроните в мозъка на ларвата на плодовата мушичка. Източник: Shutterstock

Изцяло картиран е мозъкът на ларвата на плодовата мушица

След 12 години работа голям научен екип от Великобритания, САЩ и Германия обяви завършването на най-голямата и сложна карта на мозъка на жив организъм, ларвата на дрозофила. Картата описва не само всички неврони и тяхното разположение в мозъка, но и всички връзки между тях (т.нар. конектом). За целта те са използвали ИИ, който да състави 3D модел, съдържащ над 548 хил. връзки между общо 3016 неврона.

Разбира се, ще е необходимо още много време, преди да успеем да картираме конектома на човешкия мозък, който се състои от около 86 млрд. неврона и над 100 трлн. връзки между тях. Но все пак това откритие ни дава надежда, че един ден ще успеем, тъй като принципите на работа на нашите неврони не са много по-различни от тези при по-простите организми.

Открити са останките на гигантски древен кит, по-голям от синия

Палеонтолози откриха останки от кит на 40 млн. години, който според тях може да е бил по-голям от съвременния син кит, доскоро смятан за най-голямото животно, живяло някога на планетата ни. Находката е направена преди около 10 години в перуанската пустиня, която някога е била дъно на океан. Сред откритите кости са 13 гръбначни прешлена, всеки от които тежи по 100 кг, които палеонтолози наскоро установиха, че принадлежат на неизвестен досега древен кит, който нарекли Perucetus colossus (лат. - "гигантски кит от Перу"). Смята се, че животното може да е достигало тегло над 300 тона - повече и от най-едрите сини китове, които са до 200 т.

Нови климатични зони до 2100

Според нов доклад на учени от Университета на Вирджиния до края на XXI век 38-40% от площите на Земята ще са в различна климатична зона от тази, в която се намират в момента. Според тях картата на климатичните пояси, която не се е променила съществено от създаването й в края на XIX век, ще претърпи кардинални промени. Климатичните модели сочат, че Европа ще е най-силно засегната, като промените в климата ще са най-ясно изразени в централните и северните райони. На територията на България през следващите десетилетия постепенно ще се установи по-топъл и сух климат, характерен сега за континентална Гърция и Турция. Това е свързано и с постепенно завръщане на тропически заболявания като малария в Европа поради разширяване на ареала на комарите, които ги пренасят.

Т-рекс е имал устни

Какво си представяте, когато чуете Тиранозавър рекс? Гигантски праисторически хищник с огромни остри зъби, стърчащи от озъбената му паст? При реконструкция на лицевата част на черепа и хистологичен анализ на зъби, наскоро американски учени откриха, че най-емблематичният динозавър може би не е изглеждал по начина, по който сме свикнали да го виждаме във филмите, ами е имал устни, които са закривали зъбите. Според тях те са поддържали влажността и здравината на зъбите и венците и така T.rex е приличал повече на съвременните гущери, отколкото на крокодилите.

Емблематичният праисторически звяр Tyrannosaurus rex вероятно е имал устни, които са защитавали гигантските му остри зъби. Източник: Shutterstock

Голям пробив в производството на батерии в Тoyota

През 2023 наблюдавахме сериозно преориентиране на индустрията към електрическите превозни средства, като близо 18% от продадените нови автомобили за годината са електрически. На фона на нарастващата нужда от по-добри батерии от гиганта "Тойота" изненадващо обявиха, че са разработили твърдофазни батерии, които според тях ще могат да постигнат пробег почти 1200 км с едно зареждане и да се зареждат само за 10 минути. Към момента липсва независимо потвърждение на твърденията на компанията, но ако се потвърди, това ще е наистина сериозен пробив. Очаква се първите коли с новите батерии да се появят през 2027.

Нов рекорд за престой под земята

Вероятно ще прозвучи като кошмар за много хора, но през април испанката Беатрис Фламини за пръв път видя слънчева светлина, след като прекара 500 дни под земята като част от научен експеримент. Целта била да се разбере как тялото и психиката на човек понасят дълготрайната изолация. Жената прекарала рекордните 16 месеца в пещера край Гренада, Испания, като през цялото време е била под наблюдение на екип от учени, които й осигурявали храна, вода и всичко необходимо. Беатрис нямала часовник и тотално загубила представа за времето. Когато дошли да я вземат, тя била изненадана, като смятала, че са минали само 160 - 170 дни.

От какво е умрял Бетовен според науката

Ново научно изследване на запазени косми от главата на Людвиг ван Бетовен хвърля повече светлина върху причината за смъртта му на 27 март 1827 г., когато е бил едва на 56 години. Германският композитор имал сериозни проблеми със здравето, като губи напълно слуха си на 48 и в крайна сметка умира от цироза. След като извлекли ДНК от косата му, учените установяват, че Бетовен е имал специфичен вариант на ген, който го прави силно предразположен към цироза, а впоследствие се е разболял и от хепатит Б. Всичко това в комбинация с проблемите му с алкохола според учените е довело до смъртта му от чернодробна недостатъчност. Беше отхвърлена и по-ранна теория, че е умрял от отравяне с олово.