Игорь Лалаянц
Слева вирус, шпилька которого соединилась с Y-образной молекулой клеточного АСЕ. Справа – вирус COV в «оплетке» ДНК-сенсора, генерирующей красный свет. Иллюстрация Physorg
Десять лет назад российско-израильский меценат Юрий Мильнер учредил Премию за прорыв (Breakthrough), которая в три раза щедрее Нобелевской премии. Это стало возможно благодаря привлечению к ее финансированию интернет-предпринимателей.
В юбилейный год первая из пяти номинаций награда была вручена Д. Хассабису и Дж. Джамперу из лондонского проекта DeepMind, чей компьютер сначала обыграл Гарри Каспарова, а затем, в 2016 году, корейского мастера игры в го Ли Седола. По словам одного из получателей премии, буквально на следующий день после возвращения из Сеула они стали работать над тем, чтобы «приспособить» свой успешный алгоритм для конструкции 3D-белковых структур, основываясь на их известных аминокислотных последовательностях. К июлю 2022 года ученые обнародовали 200 млн протеиновых структур. Это имеет огромное значение для дальнейшего прогресса фундаментальной и прикладной биологии, а также их приложений не только в биотехнологии, но и в индустрии.
Журнал Nature представил большой обзор применения глубинного обучения (Deep Learning) и других технологий искусственного интеллекта для анализа многочисленных изображений, что позволяет проводить анализ быстрее и дешевле. Это очень важно с точки зрения анализа «завалов», накопившихся в результате прогресса научных методов и технологий, все больше повышающих масштабность получаемых данных и их разрешение.
Примером может служить награжденная другой премий работа квантовых пионеров из Йеля, Оксфорда, Массачусетского технологического института и Монреальского университета. Ими разработаны методы «извлечения» квантовой информации. Одним из применений этих алгоритмов является сверхбезопасная коммуникация, а другим – возможность дешифровки любого численного кода. То есть «взлом» всего интернет-трафика.
Никита Гурьянов из Оксфорда так прокомментировал сообщение о награждении «квартета»: «Похоже, что квантовые компьютеры вскоре перестанут просто академическим курьезом». В Йеле работает и математик, разработавший коды исправления ошибок при фильтровании шумов, что очень важно для дальнейшего развития HD-телевидения.
В юбилейном году три премии были присуждены за биоразработки. Вторая из них – сотрудникам токийского университета Цукуба и Стэнфорда, которые показали роль нейропептида (цепочки аминокислот) в поддержании нормального сна. Его название, орексин, указывает на то, что поначалу была открыта его роль как регулятора питания (нехватка его приводит к анорексии, отказу от еды). Теперь же выяснилось, что недостаток его приводит также и к нарколепсии, при которой человек может внезапно и непредсказуемо заснуть.
Третью из биологических премий дали Стэнфорду и дрезденскому Институту клеточной биологии и генетики, сотрудники которых вскрыли механизм распада клеточного содержимого на капельки (droplets).
Несколько ранее Nature рассказывал об одном из применений точного знания белковой архитектуры с чисто практическими целями. Известно, что в ходе многих клеточных процессов сначала образуется оксид углерода (СО), который затем окисляется ферментом СО-дегидрогеназой (CODH). Но наличие аланина резко ограничивает его работу и к тому же повышает чувствительность к кислороду. Биотехнологи университетов Сеула и Ульсана заменили аланин на другую аминокислоту. В результате резко – от 61 до 148 раз – снизилась зависимость работы CODH от кислорода и в то же время увеличилась его активность. Эффективность продукта была проверена на сталелитейном заводе, где высокий выброс токсичного СО.
Другое приложение журнала, Nature Photonics, представило описание нового прецизионного микроскопа, использующего для построения изображения алмаза с так называемой вакансией азота (N-vacancy). Последняя представляет собой замещение одного из атомов углерода азотом, в результате чего резко повышается чувствительность алмаза к изменениям вольтажа. Это очень важно для получения фотостабильного оптического изображения высокого разрешения. Тем самым физики Мельбурнского университета подарили биологам и специалистам других областей новый микроскоп. Для биологов это исполнение давней мечты нетравматично войти в клетку, в которой многие процессы протекают с изменением электрического напряжения.
Еще относительно недавно биотехнология могла похвалиться лишь созданием вакцин против некоторых патогенов. Но пандемия ковида заставила разобраться в тонкой структуре вирусных шпилек-спайков. Для сдерживания вирусной инфекции понадобились ПЦР буквально планетарного масштаба, что дорого и требует больших логистических расходов. Многие из этих проблем помогают решить сотрудники Иллинойского университета в г. Урбана-Шампань (JACS).
Для быстрого и надежного уловления вирусов COV они предложили ДНК-«тенета», или ДНК-сетевой сенсор. Он генерирует свет, свидетельствующий о наличии вируса. Новый быстродействующий и чувствительный тест авторы оценивают всего в 1,26 долл. Но у их препарата есть и терапевтический аспект. Дело в том, что дээнковая «оплетка» не дает вирусной шпильке контактировать с белковым рецептором АСЕ на поверхности клеток. И это предупреждает проникновение вируса SARS-CoV-19 в них.
Речь идет также о том, что новый сенсор позволяет выявить инфицирование вирусами гриппа и ВИЧ, у которых поверхностные гликопротеиды (соединение белков с сахарами) очень сходны по своей структуре и архитектуре с протеиновыми триммерами шпилек ковида. Это уже показано с помощью алгоритма, отмеченного пусть пока и уступающей в престиже Нобелевской, но весьма щедрой Премии за прорыв.
