Ножницы для генов: самые заметные научные достижения 2023 года

• ИИ всех вылечит
• Генетики стали смелее
• Космос «убегает» от России
• Нейтрино положили в БАК
• Кванты становятся все «превосходнее»
• Беспилотники немного притормозили

ИИ всех вылечит

Нет смысла повторяться, что искусственный интеллект (ИИ) – одна из самых обсуждаемых технологий года. Его роль заметна не только в сфере работы с контентом, но и в науке, где различные ИИ-алгоритмы применяются уже сравнительно давно.

В частности, 2023-й стал годом создания новых белков благодаря генеративным нейросетям, схожим с популярными генераторами изображений. В январе этим отличился американский стартап Profluent, а в мае – канадский Университет Торонто. В обоих случаях биоинженеры смогли создать белковые ферменты, не имеющие аналогов. Это нужно в первую очередь для производства новых лекарств.

И здесь ИИ тоже отличился: гонконгский биотех-стартап с русскими корнями Insilico Medicine, который как раз и занимается разработкой лекарств с помощью нейросетей, летом начал тестирование одного из них на людях. Препарат INS018_055 предназначен для лечения идиопатического легочного фиброза. Также у компании есть два лекарства, которые пока проходят стадии клинических испытаний, – от COVID-19 и от рака.

На белках и лекарствах исследователи не остановились. 2023 год показал, что ИИ потенциально может применяться практически в любой сфере, и это подтвердили немецкие и американские ученые. Летом они представили метод моделирования электронной структуры на основе машинного обучения. Это означает, что теперь у ученых есть инструмент точного моделирования любого вещества, как реально существующего, так и еще не синтезированного.

Генетики стали смелее

Исторически генная инженерия – одна из наиболее осторожных и консервативных научных областей, поскольку последствия генных вмешательств могут быть совершенно непредсказуемыми. Оттого еще более значимыми кажутся достижения генетиков 2023 года.

Великобритания стала первой страной в мире, официально разрешившей терапию с помощью метода CRISPR – «генетических ножниц», позволяющих, грубо говоря, обрезать гены, вычленяя поврежденные и заменяя их на здоровые. Пока ограничения очень жесткие: метод одобрен только для узкой группы пациентов с определенными видами анемии и талассемии.

Однако прецедент открыл дорогу и другим странам: в декабре аналогичного разрешения добились генетики США от своего правительства. Они успели помочь по крайней мере 44 пациентам с серповидноклеточной анемией, 95% из которых отметили, что больше не испытывают недугов. Вероятно, в дальнейшем генная терапия будет постепенно распространяться и на другие виды заболеваний.

Еще одним достижением генетиков стала полная расшифровка Y-хромосомы, определяющей мужской пол. Оказалось, что в хромосоме на 17% больше генов, чем предполагалось изначально, причем 41 ген ранее вообще не был известен ученым. Следующим шагом будет сравнение Y-хромосомы у разных мужчин, что позволит лучше понять ее вариативность и влияние на развитие различных заболеваний, связанных в том числе с бесплодием.

Наконец, британским генетикам удалось создать искусственные человеческие эмбрионы путем перепрограммирования стволовых клеток, без использования стандартных ооцитов и сперматозоидов. Это не живые существа, поскольку в них нет мозга и сердца, однако в остальном клетки имеют потенциал для формирования модели организма, схожей с настоящим зародышем. Это позволит ученым изучать генетические нарушения и причины прерывания беременностей, не прибегая к работе с реальными эмбрионами.

Космос «убегает» от России

По состоянию на середину декабря 2023-го состоялось более 200 космических запусков, из которых неудачных было только восемь. Россия по количеству пусков на третьем месте – 17 штук. Абсолютным лидером являются США (100), их стремительно догоняет Китай (59). У Штатов и Китая при этом были неудачные пуски, в России все прошли успешно.

Локомотивом в США является компания SpaceX, которая осуществила 87 запусков. В основном это Falcon 9 с возвращаемыми первыми ступенями, за счет которых пуски можно проводить регулярно, часто и дешевле, чем у конкурентов. Более тяжелая ракета компании Falcon Heavy была запущена четыре раза. Также в зачет не попали два пуска Starship, который должен стать самой большой космической ракетой. Пока это тесты, а не реальные полеты, и оба закончились взрывом (вероятность чего изначально была весьма высокая).

Корпорация Amazon начала запуски своих спутников Project Kuiper – они должны стать конкурентами SpaceX Starlink и OneWeb, которые уже несколько лет присутствуют на орбите. Пока для Amazon это тестовые запуски – идет отработка основной механики. Новые пуски планируются на 2025 год, а всего компания рассчитывает отправить на орбиту до 3,2 тыс. аппаратов.

Для России самым заметным космическим событием стал запуск миссии «Луна-25», который должен был стать триумфальным возвращением страны на земной спутник спустя почти полвека. Взлет прошел успешно, а вот посадка не удалась: из-за ошибки в программном коде тормозные двигатели отработали некорректно, и аппарат разбился о поверхность.

Индия отработала успешнее: ее аппарат «Чандраян-3» прилунился, а страна стала четвертой (после СССР, США и Китая), кому удалось совершить мягкую посадку на Луну. К слову, Соединенные Штаты, которые в 2022 году запустили первую миссию «Артемида» (беспилотный облет вокруг Луны), в 2023-м сделали перерыв: следующий пуск должен состояться только в ноябре 2024-го, если не будет очередных сдвигов на более дальний срок. Возвращаясь к Индии: страна также успешно запустила солнечную обсерваторию Aditya-L1: в начале декабря она уже прислала первые снимки звезды.

Наконец, Китай активно присутствовал в космической повестке: он совершил более полусотни запусков, два из них – к своей новой орбитальной станции, аналогичной «Миру» и МКС. Можно с уверенностью сказать, что страна прочно закрепила за собой звание новой космической сверхдержавы и будет планомерно наращивать присутствие на орбите Земли и дальше.

Самый долгий полет на МКС

В 2023-м завершился рекордно долгий – более года – полет космонавтов на Международной космической станции (МКС). Он длился 371 сутки и проходил с 21 сентября 2022-го по 27 сентября 2023 года. Рекордсменами стали российские космонавты Сергей Прокопьев и Дмитрий Петелин, а также американский астронавт Фрэнк Рубио. Впрочем, этот полет отстает от абсолютного рекорда по нахождению на орбите: российский космонавт Валерий Поляков в 1994–1995 годах провел 437 суток на орбитальной станции «Мир».

Нейтрино положили в БАК

Для ученых-физиков, изучающих фундаментальные законы Вселенной, 2023 год стал знаковым благодаря тому, что впервые удалось зафиксировать нейтрино, полученные в Большом адронном коллайдере (БАК). Эти элементарные частицы обладают околосветовой скоростью и сверхнизкой массой, поэтому они проносятся сквозь любое вещество, и обнаружить их можно только с помощью крайне чувствительных детекторов.

Ранее на БАКе ученым удавалось обнаружить только следы нейтрино, образованных при столкновении элементарных частиц на сверхвысоких скоростях. А в марте исследователи впервые зафиксировали саму частицу, что впоследствии было подтверждено. Таким образом, теперь ученые смогут изучать свойства этой частицы и глубже пробраться в тайну возникновения Вселенной (считается, что нейтрино – это следы самого раннего расширения Вселенной после Большого взрыва).

Кванты становятся все «превосходнее»

Сразу несколько важных открытий было заявлено в сфере квантовых вычислений. В начале года ученые из Великобритании рассказали, что научились с высокой скоростью и точностью передавать квантовые биты (кубиты) между микрочипами. Это позволит создавать принципиально новые архитектуры квантовых компьютеров, имеющих в своей основе тысячи кубитов, а не сотни в лучшем случае, как это реализовано сейчас.

Американские ученые, в свою очередь, в конце года сообщили о новой квантовой схеме с использованием так называемых логических кубитов, то есть таких, которые могут переносить информацию, а в качестве носителей используют специальные частицы, неотличимые друг от друга. Такие кубиты можно быстро и опять же с высокой точностью переносить с места на место, применяя лазер. Соответственно, архитектуру микрочипа можно менять в зависимости от задачи практически без потери эффективности. Также в такой системе меньше шумов, то есть ошибок в информации, которые характерны для любых квантовых вычислений.

Среди IT-корпораций тем временем продолжается война за «квантовое превосходство». Американские Google и IBM конкурируют между собой, чтобы первыми заявить о способности решать задачи, с которыми не справятся классические суперкомпьютеры. Обе корпорации уже продемонстрировали такие возможности (правда, на задачах, не имеющих практического применения) и продолжают наращивать мощности своих устройств. В частности, IBM в конце года представила чип более чем на 1000 кубитов (это на два порядка больше, чем самые стабильные квантовые процессоры), и компания явно не собирается останавливаться на достигнутом.

В России тоже есть подвижки в этом направлении: летом 2023-го ученые из Российского квантового центра и Физического института им. И.П. Лебедева РАН представили самый мощный из отечественных квантовых компьютеров – на 16 кубитов. Дальше в планах 20-кубитный, а в 2025 году – и на 100 кубитов. В качестве демонстрации работы было предложено моделирование молекулы – реальная задача, в которой именно квантовые компьютеры могут дать фору классическим (для чего и нужны стабильные системы из сотен кубитов).

Беспилотники немного притормозили

Для беспилотного транспорта 2023 год можно назвать во многом разочаровывающим. Самым громким событием стал, пожалуй, скандал, связанный с Cruise (американской «дочкой» автоконцерна General Motors). В октябре ее беспилотный автомобиль наехал на пешехода и вместо аварийной остановки проехал еще несколько метров, чтобы припарковаться.

Уже несколько месяцев ведутся разбирательства, в ходе которых компания приостановила деятельность, лишилась права на коммерческие перевозки, а также руководства: двух человек уволили в октябре и еще девять – в декабре. Плюс Cruise придется распрощаться с 900 сотрудниками – это 24% всей компании. Данный случай повлиял не только на саму компанию, но дискредитировал концепцию беспилотного транспорта в целом, хотя эксперты продолжают напоминать, что беспилотники совершают ошибки заметно реже, чем живые водители.

Тем не менее потихоньку индустрия развивается, в том числе и в России. «Яндекс» после перераспределения активов, которое происходило в 2022–2023 годах, все же продолжил тестирование своих беспилотников. Публичные испытания стартовали в московском районе Ясенево: там любой участник тестов может прокатиться на беспилотном такси вместо обычного (сопровождающий инженер находится в машине).

Еще заметнее был запуск беспилотного грузового сообщения между Москвой и Санкт-Петербургом на трассе М-11. В июне около десяти грузовиков от КамАЗа и «СберАвтоТеха» («Сбер» также продолжает заниматься беспилотными проектами) начали перевозить грузы в автономном режиме (опять же с инженером в салоне). В 2024 году парк автомобилей планируется расширить: будут запущены еще 12 беспилотников КамАЗа. «Сбер» также подтвердил готовность предоставить новые грузовики.