Межзвездные путешествия, материя из света, живые роботы, полезная виагра. ЭП традиционно рассказывает о самых ярких научных достижениях уходящего года.
Вакцина против ВИЧ прошла успешные испытания
В начале декабря ученые из американского Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) отчитались об успешном испытании вакцины от вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
Препарат сконструировала компания Moderna по технологии мРНК. Она не уникальна, но в 2021 году о ней заговорили как о революционной вакцине. По ней изготавливают вакцины от коронавируса компании Pfizer-BioNTech и Moderna.
Положительные результаты вакцины от ВИЧ достигнуты в ходе испытаний на макаках. Через 58 недель после вакцинации у всех привитых животных выработались измеряемые уровни антител, которые нейтрализуют большинство штаммов ВИЧ-инфекции.
Хотя введенные дозы мРНК были высокими, вакцина хорошо переносилась и вызывала только легкие временные побочные эффекты, в частности потерю аппетита.
Через две недели ученые начали заражать макак так называемым странным вирусом, созданным путем объединения фрагментов нуклеиновой кислоты из двух или более различных вирусов. После 13 попыток инфицирования с интервалом раз в неделю две из семи иммунизированных макак остались незараженными.
Другие иммунизированные животные инфицировались через восемь недель. Не иммунизированные животные заражались через три недели. Сейчас ученые корректируют протоколы испытаний. В случае подтверждения безопасности и эффективности вакцины будет объявлено о первой фазе ее исследования на здоровых взрослых людях.
Термоядерный реактор создал больше энергии, чем потребил
Ученым из США в ноябре впервые удалось сгенерировать больше энергии во время реакции управляемого термоядерного синтеза, чем потребляет установка, которая запускает слияние атомных ядер. Сейчас работа проходит экспертную оценку.
Если результаты подтвердят независимые специалисты, то можно будет уверенно сказать о достижении важной вехи в развитии этой отрасли энергетики. Как сообщили исследователи, в реакции термоядерного синтеза был достигнут рекордный выход энергии – 1,3 МДж.
Это значительно лучший результат по сравнению с предыдущими попытками: выход энергии в восемь раз больше, чем в других экспериментах, и в 25 раз больше, чем в экспериментах, проведенных в 2018 году. Так что это большое достижение для физиков Ливерморской национальной лаборатории США.
«Этот результат является историческим шагом вперед в исследованиях термоядерного синтеза с инерционным удержанием. Он открывает принципиально новый режим для исследований и продвижения наших важнейших задач национальной безопасности», – сказал директор лаборатории Ким Будил.
Термоядерный синтез с инерционным удержанием предполагает создание маленькой звезды. Капсулу с «топливом», тяжелыми изотопами водорода и тритием, помещают в небольшую, пустую золотую камеру (хольраум).
Затем на хольраум направляют 192 мощные лазерные лучи. Стенки хольраума превращают это излучение в рентгеновские лучи. Они направляются в капсулу с топливом, нагревая и сжимая ее до условий, которые, предположительно, есть в ядре звезд: температура свыше 100 млн. градусов и давление свыше 100 млрд. атмосфер.
Так в земных условиях зажигается маленькая звезда.
Процесс длится несколько миллиардных долей секунды. Цель эксперимента – получение «бесплатной» энергии. Правда, на воспаление мини звезды тратится очень много энергии, но ученые не теряют надежды, что вскоре мини звезда сгенерирует больше энергии, чем поглотит установка.
«Это исторический результат, кульминация многих десятилетий упорного труда, инноваций и изобретательности, масштабной командной работы и неустанного внимания к конечной цели», – считает физик Йохан Френье из Центра изучения плазмы и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института.
Виагра снижает риск болезни Альцгеймера
Исследования ученых частной клиники Кливленда (США) показывает, что препарат силденафил (более известный как виагра) значительно снижает вероятность развития болезни Альцгеймера. От нее страдают 6% людей старше 65 лет, поражается серое вещество головного мозга, что приводит к потере памяти.
Ученые проанализировали заявки на медицинское страхование 7,2 млн. человек и обнаружили, что употребление силденафила снижает возможность развития недуга в течение следующих шести лет почти на 70% по сравнению с пациентами, которые его не принимают.
Конечно, такие результаты не доказывают причинно-следственный эффект. Люди, принимавшие силденафил, могли употреблять и другие препараты или заниматься физической активностью, что повышает шансы не стать жертвой болезни.
Однако исследователи говорят, что обнаруженной корреляции достаточно для определения силденафила как главного кандидата на лекарства против болезни Альцгеймера. Ученые частной клиники собираются проводить исследования, чтобы доказать или опровергнуть наличие причинно-следственной связи.
Живых роботов научили размножаться
Спроектированные искусственным интеллектом и собранные вручную ксеноботы — живые машины из эмбриональных клеток лягушки — могут спонтанно себя воспроизводить. Впервые ксеноботов представили ученые из США в 2020 году. Для их создания использовали стволовые клетки из эмбрионов южноафриканской лягушки Xenopus laevis.
Геном лягушки остался неизменным, но клетки перепрограммировали. После инкубации около 3 тыс. клеток соединили вручную с помощью крошечных пинцета и электрода. Созданные таким образом ксеноботы могли двигаться, находить заданные цели и восстанавливаться после повреждений.
В новой работе ученые научили ксеноботов создавать себе подобных. Это совершенно новый способ размножения: «взрослые» ксеноботы собирают клетки, и через несколько дней «малыши» превращаются в полноценных ксеноботов.
Ксеноботы используют так называемую кинематическую саморепликацию — процесс, который ранее наблюдали лишь на молекулярном уровне.
Чтобы выяснить, какая форма ксеноботов лучше всего подходит для воспроизведения, ученые обратились к искусственному интеллекту. Запущенный на суперкомпьютере эволюционный алгоритм протестировал миллиарды форм тела ксеноботов и нашел ту, что обеспечит самую эффективную кинематическую саморепликацию.
На эту задачу суперкомпьютер потратил несколько месяцев. Он остановился на С-образной форме, напоминающей «пакмана» из одноименной игры. Затем ученые собрали роботов по предложенной компьютером схеме и показали, что новые ксеноботы могут успешно воспроизводить себя на протяжении нескольких поколений.
Авторы работы считают, что ксеноботы дадут более глубокое понимание процесса размножения и позволят создавать живые машины для регенеративной медицины, разработки лекарств и сбора микропластика в воде.
Лекарства для остановки старения
Применение лекарств, останавливающих процесс старения и для омоложения организма, может начаться через пять-десять лет. Японские ученые открыли механизм, с помощью которого можно избавиться от стареющих клеток.
По словам профессора научно-исследовательского института медицины Токийского университета Макото Наканиси, возрастное ослабление функций организма вызвано накоплением в органах «стареющих» клеток, которые запускают воспалительные процессы.
Их 60 лет назад открыл американец Леонард Хейфлик. Он обнаружил, что клетки могут делиться только определенное количество раз. Последние исследования доказали, что деление может прекратиться из-за повреждения ДНК или окислительного стресса.
«Если удалить «стареющие» клетки, то можно остановить воспалительные процессы, а значит, добиться существенного торможения старения», – рассказал Наканиси.
В 2014 году ученые стали изучать, почему клетки не могут размножаться, и обнаружили молекулярный механизм. Они создали клетки с общими для всех «стареющих» клеток свойствами и стали искать то, что убивало бы только их.
Ученые выяснили, что для «стареющей» клетки важен фермент GLS1. Он тесно связан с процессом метаболизма глутамина. Чтобы выжить и нейтрализовать кислую среду, клетка нуждается в аммиаке, который продуцируется при превращении глутамина в глутаминовую кислоту, то есть при процессе, в котором необходим GLS1.
Исследователи использовали препарат, который проходит клинические испытания как лекарство против рака. Этот препарат ввели старой мыши. Результатом стало резкое улучшение в органах и структурах, которые претерпели возрастные изменения. После инъекции ученые увидели улучшение симптомов диабетической болезни и атеросклероза.
«Скопления «стареющих» клеток вызывают болезни Альцгеймера и Паркинсона. Одним препаратом можно достичь улучшения по многим видам возрастных заболеваний и добиться омоложения», – сказал профессор.
Если будет доказана безопасность препарата для человека, его сначала будут применять для людей с прогерией — синдромом преждевременного старения. Затем – для тех, кто из-за возрастного ослабления мышц не может вести обычный образ жизни, и для пациентов, у которых отказали почки и которым нужен диализ.
CO2 научились превращать в кислород и углерод
Австралийские ученые создали простую и эффективную установку для превращения углекислого газа в кислород и углерод. В случае ее масштабирования автомобили с ДВС, ТЭС на угле или газе и промышленные установки вместо углекислого газа во время сжигания топлива смогут производить чистый кислород.
В основе опытной установки объемом два литра лежат физико-химические явления, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий. Это так называемый жидкий металл, который начинает плавиться при температуре 30 градусов.
Кроме галлия в жидкой форме и галлия в виде наночастиц, в смесь добавляются серебряные стержни нанометровых размеров. В процессе работы смесь интенсивно перемешивается. Это вызывает трибоэлектрохимические реакции, жидкости вследствие силы трения активнее взаимодействуют с поверхностями твердых наполнителей.
Ученые сообщили, что компактная установка в течение месяца без изменения характеристик ежеминутно превращала 100 мл CO2. На превращение тонны CO2 в кислород и твердый углерод потратили 230 кВт-ч электричества, что стоит 100 долл. Эффективность преобразования достигла 92%. Углерод образуется в виде хлопьев и просто выныривает на поверхность.
Такими установками, считают ученые, можно оборудовать каждый автомобиль и электростанции на ископаемом топливе, в результате чего воздух посвежеет буквально «на глазах». Для коммерциализации технологии создали компанию LM Plus.
Ученые превратили свет в материю
Исследователи американской Брукхейвенской национальной лаборатории с помощью сложного ускорителя частиц превращают свет в электроны. Это явление на планете происходит впервые. Прорыв подтвердил предсказания, сделанные влиятельными физиками почти столетие назад.
Преобразование фотонов, без массовых частиц света в электроны, элементарные частицы материи, сделали исследователи на релятивистском коллайдере тяжелых ионов RHIC. Теоретические предпосылки этой работы появились в начале 20 века. Для их проверки ученые создали соленоидный трекер-детектор (STAR). «Звезды сошлись так, что у нас получилось», – сказал автор проекта Чжанбу Сюй.
Результаты эксперимента пригодятся астрофизикам и космологам.
Вертолет полетал на другой планете
В начале 2021 года на поверхность Марса сел аппарат Perseverance. Вместе с ним прибыл вертолет Ingenuity, который удивил и ученых, и любителей космоса.
Планировалось, что он совершит пять полетов в течение 30 марсианских дней и разобьется. Авторы проекта хотели выяснить, могут ли вертолеты работать в марсианской атмосфере. Однако Ingenuity не только взлетел, но и пережил смену времен года и помог марсоходу изучать планету. За полгода работы вертолет поставил несколько рекордов, и NASA возлагает на него еще больше надежд.
Вертолет совершил уже 18 вылетов. Он поднимался на высоту 12 метров, летел со скоростью 18 км/ч, преодолел расстояние 3,6 км и провел в полете 30 мин. Аппарат автоматический: руководители отправляют команды, а вертолет их выполняет сам.
Программное обеспечение аппарата предусматривает полеты только над плоской поверхностью. Разработчики не учили вертолет работать в гористой местности, потому что никто не думал, что он будет работать так долго.
На создание аппарата весом 1,8 кг NASA потратило 85 млн. долл. Кроме того, что Ingenuity смог летать в атмосфере Марса, плотность которой в 72 раза ниже земной, он сделал бесценный вклад в развитие аэрокосмических технологий.
Начались испытания вакцины от рака груди
Клиника в Кливленде объявила о начале беспрецедентных клинических испытаний препарата, что предотвращает развитие трижды негативного рака молочной железы (ТНРМЗ) – самого агрессивного вида этого заболевания.
По статистике, именно эту форму рака груди чаще всего диагностируют у женщин в возрасте до 40 лет, а также у людей с врожденной генетической мутацией (BRCA1), что значительно повышает риск развития этого заболевания.
Такую мутацию унаследовала актриса Анжелина Джоли. Узнав, что вероятность развития этого вида рака у нее составляет 87%, она удалила обе молочные железы. После операции риск актрисы заболеть упал до 5%.
Разработать вакцину, которая бы существенно снижала риск развития недуга, пытаются несколько научных коллективов. Однако испытания потенциальных препаратов до сих пор ограничивались лабораторными опытами на животных.
Действие препарата, вводимого в виде трех инъекций с двухнедельным перерывом между ними, основано на поиске в организме специфического белка. В норме он вырабатывается только у молодых матерей в период кормления грудью. В остальное время присутствие этого протеина в крови указывает на наличие потенциальной опухоли. Обнаружив его, вакцина подает сигнал иммунной системе.
Пока что препарат будут испытывать на добровольцах, у которых ТНРМЗ диагностирован на ранней стадии и излечим с помощью традиционной терапии. Следующим шагом станет испытание вакцины на здоровых волонтерах из группы риска, в том числе на женщинах с наследственной мутацией гена BRCA1.
Доказанная возможность искривления пространства
Бывший аэрокосмический инженер NASA Гарольд Уайт случайно сделал открытие, которое стало первым в мире подтверждением реальности так называемого варп-пузыря или пузыря Алькубьерре. Это может открыть человечеству дорогу к звездам.
Уайт-энтузиаст варп-двигателей работает по контракту с DARPA и параллельно развивает собственную некоммерческую организацию Limitless Space Institute (LSI). Сочетание его собственных исследований, работ LSI и проектов DARPA позволило исследователю сделать удивительное открытие: увидеть рождение варп-пузыря там, где другой ученый не обратил бы на это явление внимания.
Для DARPA Уайт исследует эффект Казимира. Он интересен тем, что на микроуровне позволяет проявляться определенным квантовым явлениям в виде взаимного притяжения двух объектов под действием частиц, что свободно рождаются и исчезают в вакууме.
В макромире такой эффект можно наблюдать при зарождении островов мусора в океане. Для DARPA ученый исследовал явление геометрии поверхностей объектов.
При анализе распределения энергии для одной из конфигураций оказалось, что распределение энергии соответствует выкладкам физика-теоретика Мигеля Алькубьерре о возможности существования варп-пузырька, а это путь к рукотворному искривлению пространства и движению со скоростью, выше скорости света.
Уайт сразу понял, на что наткнулся, и еще сильнее укрепился в мысли, что варп-двигатели для звездолетов когда-то станут реальностью. Для закрепления результатов открытия он предлагает провести эксперимент с цилиндром диаметром 4 микрометра со сферой диаметром 1 микрометр в его центре.
Изучение трехмерного распределения плотности энергии внутри и вокруг этих объектов позволит подтвердить открытие или опровергнуть его. Сам Уайт не будет проводить эксперимент. Этот путь открыт для всех желающих, войти в историю.
Автор: Всеволод Некрасов
Источник: ЭП
Перевод: BusinessForecast.by
При использовании любых материалов активная индексируемая гиперссылка на сайт BusinessForecast.by обязательна.