Квантовый блокчейн, яйцо динозавра и искусственный интеллект в роли онколога. Что еще произошло в российской науке за 2017 год?

А ведь будущее уже совсем близко. Искусственный интеллект наконец отложил доску для го и принялся за дело. Команда Insilico Medicine научила ИИ подбирать препараты для лечения рака. Сейчас существуют тысячи молекул, нацеленных на борьбу с опухолями, но проблема в том, что часто наиболее эффективно лекарство воздействует на определенный тип рака или даже на определенную группу больных. С помощью компьютерного моделирования можно быстро подобрать необходимые молекулы, которые будут прицельно «бить» по раковым клеткам.

В Insilico российские биоинформатики и их коллеги создали сложную нейронную сеть. Она способна не только подбирать нужные противоопухолевые препараты, но и оценивать их эффективность и передавать данные виртуальных экспериментов врачам и ученым.

Но и после этого исследователи не оставили в покое несчастный интеллект и запустили программу по поиску новых сочетаний молекул, которые активно подействовали бы на опухоли. Проанализировав базу данных, ИИ нашел несколько вариантов, причем 69 из них уже созданы, запатентованы и чуть ли не используются. Представьте же светлое будущее, когда новые лекарства станут разрабатываться по щелчку мыши и персонально для вас! И никаких больше кастрюль с картошкой и гомеопатов.

Кстати, о последних. Было бы преступлением не упомянуть о февральской комиссии РАН по лженауке, где гомеопатия была признана вредной и недействующей. Опасна она скорее в финансовом и физическом смысле, поскольку особо ярые адепты лечатся ее методами вплоть до смертельных случаев. В тот февральский день сотни тысяч взвыли у экранов, что «им помогает», но тем не менее комиссия разработала рекомендации по выводу гомеопатических средств из употребления в медицинских учреждениях, а также по защите граждан от соответствующей рекламы. Увы, очернив разведенные молекулы и вызвав восхищение химиков и врачей, в декабре академики из той же РАН уже просят принять релиз-активные препараты как новый класс лекарств. Если вы еще не знаете, что это такое, то вам повезло: так по-другому называют гомеопатические средства. Но наш обзор посвящен науке, так что больше об этом не будем.

Еще немного про медицину.

В 2017 году были сделаны две операции по вживлению киберсетчатки в глаза слепым пациентам.

Первая прошла в июне в научно-клиническом центре отоларингологии ФМБА. Она завершилась успешно, и через месяц доброволец начал видеть контуры предметов, а врачи заявили, что до конца года проведут такую же операцию, — и обещание выполнили. Совсем недавно, 4 декабря, пациентам с врожденными дефектами, из-за которых они теряли зрение, пересаживали комплекс Argus II. (Помните, кто такой Аргус? Великан с излишком глаз.) Действуя в тандеме с камерой, вмонтированной в специальные очки, он передает в мозг сигналы об окружающих человека предметах. Пока система несовершенна, и прочитать мелкий шрифт «киборгам» не под силу, однако врачам уже удалось перешагнуть порог слепоты, а значит, новые разработки не за горами.

Судя по всему, те, кого еще сегодня называют «людьми с ограниченными возможностями», уже через пару лет будут явно выигрывать на фоне остальных. Киберизация — важнейший тренд медицины и науки, который к тому же активно внедряется в повседневную жизнь. В июне прошел второй этап испытаний российского экзоскелета, созданного для людей, перенесших инсульт и больных рассеянным склерозом. Компания «ЭкзоАтлет» уже несколько лет разрабатывает и сами механизмы внешних «скелетов», и нейроинтерфейсы к ним. Это действительно важно: при отсутствии возможности ходить у пациентов сильно изменяется мышечный каркас, нарушается координация и общее эмоциональное состояние. Даже несколько занятий с экзоскелетом приносят отличный результат, а когда разработка пройдет необходимые тесты и станет доступной, это откроет множество возможностей для больных, ранее считавшихся «безнадежными».

Чем совершеннее становятся люди, тем дальше должны продвигаться технологии. В Новосибирске ученые Института лазерной физики СО РАН разработали сверхстабильный лазер для атомных часов. Погрешность в измерении времени у них составит 10^{-17 — -18}. Интересный факт: с 1967 года в международной системе единиц СИ одна секунда определяется как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Нам, простым смертным, такая погрешность неинтересна и не нужна, однако физикам всего мира, изучающим движение планет и радиоастрономию, важно максимально точно определить секунду. Недавнее открытие гравитационных волн, кстати, стало возможным отчасти благодаря этому точнейшему прибору.

По состоянию на 2015 год самыми точными были атомные часы, созданные в Национальном институте стандартов и технологий США. Их погрешность составляла лишь 1 секунду в 15 млрд лет.

В общем, секунда иногда может стоить очень много. Санкт-Петербургский ИТМО порадовал созданием сверхбыстрой цифровой камеры для получения трехмерных фотографий микроскопических объектов. Съемка может производиться со скоростью 20 000 000 000 000 кадров в секунду. По словам пресс-службы университета, камера способна запечатлеть даже переход электрона на другую орбиту. Это настоящий прорыв в изучении молекулярных и биологических процессов.

Последние 200 лет жизнедеятельность клетки изучали после ее фиксации, но теперь подобные камеры позволяют практически в реальном времени наблюдать, что происходит в органеллах или даже молекулах.

С помощью точных лазерных инструментов — скальпелей и «пинцетов» — можно вносить изменения в клетку, не повреждая ее, а со сверхбыстрой камерой — еще и записать и отследить их.

Великий и ужасный тренд — блокчейн — заинтересовал и российских физиков.

Инженеры из Российского квантового центра создали первый в мире «квантовый блокчейн» — защищенную базу данных на основе квантовых компьютеров.

Их высокая мощность наверняка будет использоваться для транзакций в блокчейне, причем поддельные операции станет сложно отследить из-за почти неограниченной вычислительной способности квантовых компьютеров. Поэтому потребуется новая система защиты, и, как полагает команда физиков под руководством Алексея Федорова, она может быть разработана на основе квантовой криптографии и отдельных квантовых каналов передачи информации. Главная особенность такого блокчейна — отсутствие электронной подписи: канал связи сам запрещает подделку транзакций. Эра квантовых компьютеров только началась, но их преимущества неоспоримы и очевидны.

Привыкайте к электронике будущего — сверхмощным вычислительным машинам и смартфонам, свернутым в трубочку.

В октябре Институт физики полупроводников СО РАН представил новый материал для печати гибкой электроники — фторированный графен. Уже давно показана эффективность оксида графена, который отлично проводит электрический ток, легок и доступен, но имеет недостатки. Если же на оксидную пленку нанести слой фторированного графена, то все минусы превращаются в плюсы и из такого материала можно создавать составляющие для микроэлектроники. И не просто создавать, а печатать на специальном 2D-принтере, куда вместо чернил загружена суспензия диэлектрических частиц. Тонкие проводящие ток пленки сделают возможным производство ультратонких устройств, а уж как их применить, маркетологи найдут.

А леопардовый снова в моде: группа генетиков под руководством Андрея Зарайского дала новое объяснение возникновению пятен и полосок на шкурах у животных.

Еще 60 лет назад британский математик Алан Тьюринг предложил модель, в которой морфогены — биологически активные вещества, влияющие на наше развитие, — взаимодействуют и образуют узоры. С тех пор биологи пытаются понять, как именно они это делают. И вот в Институте биоорганической химии РАН обратили внимание на то, что скорость распространения молекул (в том числе молекул-«красителей») зависит не только от самих морфогенов, но и от силы их сцепки с белковым матриксом — «скелетом» клеток. Возникновение окраски лишь одна из сотни функций морфогенов: все наше развитие, от разметки будущего зародыша до правильного расположения пальцев на руке, управляется ими. Понимание механизма действия морфогенов и его моделирование в перспективе поможет, например, в создании биомедицинских конструктов и позволит разобраться, как же мы развиваемся.

Не технологиями едиными живет наука. Если в 2017 году вы посещали Москву или живете в Златоглавой, то не могли не заметить, как меняется город. Пока рабочие усиленно разрывают дороги и тротуары, археологи неустанно дежурят над ними, и не зря! Стройка — на время, польза для ученых — навсегда. С начала года найдено более сотни артефактов, в том числе фундаменты древних церквей, остатки некрополя, украшения, клад с монетами и даже инструменты каменного века. Активно ведется анализ находок, а значит, историки смогут еще больше рассказать нам о прошлом. Москва, как и любые города с историей, действительно стоит на настоящем слоеном пироге из артефактов. Каждый слой соответствует своей эпохе, и по таким крупицам можно воссоздавать быт и нравы «давно минувших лет».

А любители чего постарше весной ежедневно ходили на отвалы вырытого нового метро Калининской линии — в земле можно было найти окаменелые останки аммонитов, предположительно юрской эпохи.

Но парк юрского периода создать пока не удастся. Яйцо динозавра, найденное на территории России, относится ко временам мелового периода, ему около 100 млн лет. Уже определен его род (т. н. оород) — Prismatoolithus — но ни на одно уже найденное яйцо такого оорода новичок не похож, что дало палеонтологам возможность описать новый оовид. Изучение срезов со скорлупы под электронным микроскопом показало сходство ее структуры со скорлупой яиц современных птиц. Будем надеяться, что именно благодаря этой находке мы скоро получим ответ на вопрос «Что же было раньше?..». До того палеонтологам лишь однажды удалось обнаружить фрагменты окаменелого яйца — их нашли на территории Чукотки, однако они были на 30–40 тыс. лет «моложе» нынешнего героя.

Ну и пугающие новости напоследок. Городские легенды про облученное мясо оказались правдой: с помощью ускорителя электронов коллаборации ученых из Новосибирска и Калуги удалось продлить срок хранения рыбных пресервов в четыре раза. Радиационная обработка позволяет снизить риск микробиологического загрязнения и не меняет вкус продукта. Сейчас такую процедуру собираются производить с блюдами для отправки космонавтам, с армейскими и флотскими пайками.

Кажется, год прошел действительно неплохо. Тяжелая машина российской науки сдвинулась с места, и вот уже несколько лет наши специалисты успешно заявляют о себе на международной арене. Важно, что об открытиях и научных событиях стали чаще (и громче!) рассказывать СМИ, формируя образ не советского ученого из закрытого НИИ, а творца будущего, новатора. Ведь это действительно так, каждое исследование, каждое незначительное и порой непонятное открытие формируют наше будущее — без смертельных болезней, со сверхмощными компьютерами и разгаданными тайнами далекого прошлого.