Нужно ли напоминать вам о том, как невероятно велика наша Вселенная? Первые фотографии, сделанные космическим телескопом Джеймса Уэбба, внушают благоговение. Это самый технически совершенный и мощный телескоп из когда-либо созданных, но полученные с его помощью знания о нашей Вселенной послужат основой для будущих миссий и исследований на несколько поколений вперед. Недавно была запущена новейшая миссия на Луну в рамках программы НАСА "Артемида", которая проложит путь к будущей миссии на Марс. Новая эра освоения космоса будет способствовать технологическому прогрессу в областях, выходящих за рамки космонавтики, и стимулировать прогресс в реальных приложениях, таких как материалы, пищевая промышленность, сельское хозяйство и даже косметика.
Важная веха в прогнозировании ИИ
На протяжении десятилетий научное сообщество стремилось лучше понять взаимосвязь между функциями белков и их 3D-структурами. В июле 2022 года компания Deep Mind показала, что с помощью алгоритмов AlphaFold2, RoseTTAFold и trRosettaX-Single можно предсказать свернутую 3D-структуру белковой молекулы на основе ее линейной аминокислотной последовательности. Предсказания алгоритмов позволили сократить количество человеческих белков с неизвестными структурными данными с 4800 до всего лишь 29. Хотя с искусственным интеллектом всегда будут возникать проблемы, способность предсказывать структуру белков имеет значение для всех наук о жизни. Среди ключевых задач на будущее - моделирование белков с присущими им неупорядоченными свойствами и тех, которые меняют структуру в результате посттрансляционных модификаций или под воздействием условий окружающей среды. Помимо моделирования белков, достижения ИИ продолжают изменять рабочие процессы и расширять возможности открытий во многих отраслях и дисциплинах.
Развивающиеся тенденции в синтетической биологии
Синтетическая биология способна переосмыслить синтетические пути, используя сконструированные биологические системы (т.е. микроорганизмы, у которых большая часть генома или весь геном был разработан или сконструирован) для производства ряда биомолекул и материалов, таких как терапевтические средства, ароматизаторы, ткани, продукты питания и топливо. Например, инсулин можно производить без свиной поджелудочной железы, кожу - без коров, а паучий шелк - без пауков. Потенциал одних только наук о жизни невероятен, но если применить его к производственным отраслям, синтетическая биология может свести к минимуму будущие проблемы цепочки поставок, повысить эффективность и создать новые возможности для получения биополимеров или альтернативных материалов с более устойчивыми подходами. Сегодня команды используют метаболическое моделирование на основе искусственного интеллекта, инструменты CRISPR и синтетические генетические цепи для управления метаболизмом, манипулирования экспрессией генов и построения путей для биопроизводства. Поскольку эта дисциплина начинает переходить в различные отрасли, в статье 2022 Journal of Biotechnology представлены последние разработки и новые тенденции в области метаболического контроля и инженерных задач.
Одноклеточная метаболомика набирает обороты
Хотя в области генетического секвенирования и картирования был достигнут значительный прогресс, геномика говорит лишь о том, на что способна клетка. Чтобы лучше понять клеточные функции, протеомные и метаболомные подходы предлагают разные углы для выявления молекулярных профилей и клеточных путей. Одноклеточная метаболомика позволяет получить моментальный снимок клеточного метаболизма в рамках биологической системы. Проблема заключается в том, что метаболомы быстро меняются, и подготовка образцов имеет решающее значение для понимания функционирования клеток. Ряд последних достижений в области одноклеточной метаболомики (от методов с открытым исходным кодом, передовых алгоритмов искусственного интеллекта, подготовки образцов и новых видов масс-спектрометрии) демонстрирует возможность проведения детального масс-спектрального анализа. Это позволяет исследователям определять популяцию метаболитов от клетки к клетке, что открывает огромный потенциал для диагностики. В будущем это может привести к возможности обнаружить даже одну раковую клетку в организме. В сочетании с новыми методами обнаружения биомаркеров, носимыми медицинскими устройствами и анализом данных с помощью искусственного интеллекта этот набор технологий позволит улучшить диагностику и жизнь людей.
Новые катализаторы позволяют производить более экологичные удобрения
Ежегодно миллиарды людей зависят от удобрений в производстве продуктов питания, и сокращение углеродного следа и расходов на производство удобрений изменит влияние сельского хозяйства на выбросы. В процессе производства удобрений по методу Хабера-Боша азот и водород превращаются в аммиак. Для снижения энергозатрат исследователи из Токийского технологического института разработали нитридный катализатор без благородных металлов, содержащий каталитически активный переходный металл (Ni) на основе нитрида лантана, который стабилен в присутствии влаги. Поскольку катализатор не содержит рутения, он представляет собой недорогой вариант снижения углеродного следа при производстве аммиака. Поддержка La-Al-N, а также активные металлы, такие как никель и кобальт (Ni, Co), производили NH3 со скоростью, аналогичной обычным катализаторам на основе нитридов металлов. Узнайте больше об устойчивом производстве удобрений из нашей последней статьи.
Достижения в области РНК-медицины
Хотя применение мРНК в вакцинах COVID-19 привлекло большое внимание, настоящая революция в области РНК-технологий только начинается. Недавно была разработана новая мультивалентная вакцина против гриппа, модифицированная нуклеозидами мРНК. Эта вакцина способна создать иммунную защиту против любого из 20 известных подтипов вируса гриппа и защитить от будущих вспышек заболевания. Многие редкие генетические заболевания являются следующей мишенью для мРНК-терапии, поскольку в них часто отсутствует жизненно важный белок, и их можно вылечить, заменив здоровый белок с помощью мРНК-терапии. Помимо мРНК-терапии, в клиническом портфеле компании имеется множество РНК-терапевтических кандидатов для лечения различных форм рака, а также заболеваний крови и легких. РНК-терапия обладает высокой адресностью, универсальностью и легко настраивается, что делает ее применимой для лечения широкого спектра заболеваний. Узнайте больше о переполненном клиническом конвейере и новых тенденциях в РНК-технологиях из нашего последнего отчета CAS Insight Report.
Быстрая трансформация скелета
В синтетической химии задача безопасной замены одного атома в молекулярном каркасе или вставки и удаления отдельных атомов из молекулярного скелета является трудноразрешимой. В то время как было разработано множество методов функционализации молекул с помощью периферийных заместителей (например, активация С-Н), один из первых методов одноатомной модификации скелета органических соединений был разработан группой Марка Левина в Чикагском университете. Он позволяет селективно расщеплять N-N связи пиразолового и индазолового ядра, получая пиримидины и хиназолины. Дальнейшее развитие методов редактирования скелета позволит быстро разнообразить коммерчески доступные молекулы, что может привести к гораздо более быстрому открытию функциональных молекул и идеальных кандидатов в лекарственные препараты.
Продвижение регенерации конечностей
По прогнозам, к 2050 году от потери конечностей будут страдать более 3,6 миллиона человек в год. Долгое время ученые считали, что главным ключом к регенерации конечностей является наличие нервов. Однако работа, проведенная доктором Мунеокой и его командой, продемонстрировала важность механической нагрузки для регенерации конечностей у млекопитающих, а также то, что отсутствие нерва не препятствует регенерации. Прогресс в области регенерации конечностей также был достигнут исследователями из Университета Тафтса, которые использовали острую доставку нескольких лекарств через носимый биореактор, чтобы успешно обеспечить долгосрочную регенерацию конечностей у лягушек. Этот ранний успех потенциально может привести к более масштабным и сложным достижениям в области реинжиниринга тканей у людей, что в конечном итоге принесет пользу военным ветеранам, диабетикам и другим людям, пострадавшим от ампутации и травм.
Ядерный синтез генерирует больше чистой энергии при зажигании
Ядерный синтез - это процесс, который питает Солнце и звезды. В течение десятилетий идея воспроизведения ядерного синтеза на Земле в качестве источника энергии теоретически могла бы удовлетворить все будущие энергетические потребности планеты. Цель состоит в том, чтобы заставить атомы света столкнуться с такой силой, чтобы они слились и выделили больше энергии, чем израсходовали. Однако для преодоления электрического отталкивания между положительными ядрами требуются высокие температуры и давление. После преодоления термоядерный синтез высвобождает большое количество энергии, которая также должна подтолкнуть к слиянию соседние ядра. Предыдущие попытки инициировать термоядерный синтез использовали сильные магнитные поля и мощные лазеры, но не смогли произвести больше энергии, чем было затрачено.
Исследователи из установки зажигания Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора сообщили, что их команде удалось инициировать ядерный синтез, в результате которого из 2,05 мегаджоуля энергии использованного лазера было получено 3,15 мегаджоуля. Несмотря на то что это грандиозный прорыв, реальность действующей установки ядерного синтеза, питающей нашу электросеть, может затянуться на десятилетия. Существуют значительные препятствия для реализации (масштабируемость, безопасность установки, энергия, необходимая для генерации лазера, побочные продукты и т. д.), которые должны быть решены, прежде чем это станет реальностью. Однако прорыв в области зажигания ядерного синтеза - это важная веха, которая откроет путь для будущего прогресса, основанного на этом достижении.
Мы все частицы одного тела.
