Главные научные открытия 2016 года

Нейрокомпьютерные интерфейсы

2016-й был большим годом для нейрокомпьютерных интерфейсов. Группа исследователей во главе с Мигелем Николелисом из Дюкского университета (США) доказали, что экзоскелет и шлем виртуальной реальности позволяют квадроплегикам, т.е. людям с парализованными руками и ногами, вновь испытать чувство того, что они могут ходить. В рамках эксперимента пациентов помещали в виртуальную среду, где они могли управлять своими конечностями с помощью экзоскелета. У всех восьми испытуемых было отмечено улучшение уровня сенсомоторики. Как указывают исследователи, виртуализация сенсорной и мышечной активности заставляет нервную систему человека вновь активизировать свою работу после получения травмы. Несмотря на то, что ученые пока не совсем понимают, как это происходит, результаты действительно впечатляют. После годовой терапии у половины пациентов, принимавших участие в исследовании, наблюдается существенное улучшение моторных функций, вплоть до того, что некоторым меняют диагнозы от "полной парализации" до "частичной".

Та же группа разработала беспроводной нейрокомпьютерный интерфейс, позволяющий обезьянам управлять движениями роботизированной инвалидной коляски, используя одну только силу мысли, в то время как команда из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне имплантировала нейронное устройство для восстановления двигательных способностей у парализованных приматов. Ученые из Нидерландов успешно испытали мозговой имплантат, который позволил пациенту с болезнью Лу Герига на поздней стадии произносить сообщения со скоростью в два знака в минуту, а в похожем эксперименте обезьяны с нейрокомпьютерным интерфейсом смогли печатать 12 слов в минуту при помощи силы мысли. Ученые из Университета Джона Хопкинса продемонстрировали систему, которая позволила человеку двигать отдельными пальцами протеза силой мысли. И группа из Мемориального института Баттелль разработала мозговой имплантат, который позволил парализованному человеку играть в Guitar Hero при помощи рук, сделав его первым человеком, который восстановил функцию тела, используя сигналы мозга.

Таблетки для возвращения молодости

Даррен Бейкер из американской клиники Мейо вместе с многочисленными коллегами продемонстрировали, что былую молодость можно вернуть. Для этого надо очистить организм от старых клеток. Делиться они не могут, но продолжают "коптеть", выделяя вредные вещества, которые отравляют окружающие ткани. Эксперименты на мышах, проведенные в 2016 г., удались. Физическое состояние "очищенных" зверьков улучшалось настолько, что они жили на 20% дольше своих "замусоренных" собратьев. Следующий шаг – эксперименты на людях. Ученые уже разработали препараты аналогичного действия для людей — сенолитики, способные избирательно уничтожать и выводить старые клетки из человеческого организма. Кто знает, вдруг они станут долгожданным эликсиром молодости.

Пока же самые настойчивые и целеустремленные могут воспользоваться уже работающим механизмом, за открытие которого была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине за 2016 г. Награду получил Ёсинори Осуми из Технологического университета Токио, исследовавший аутофагию – процесс утилизации и переработки разнообразного "мусора", накапливающегося в организме. Благодаря аутофагии клетки избавляются от ненужных, отработавших свое частей, а организм в целом – от ненужных клеток. Процесс очищения, проанализированный японцем, начинает работать наиболее интенсивно, когда организм испытывает стресс. Например, голодает. В этом случае клетка вырабатывает энергию за счет своих внутренних ресурсов – из накопившегося хлама. В том числе – из старых клеток и болезнетворных бактерий. Аутофагия естественным образом предохраняет организм от преждевременной старости. Может быть, даже омолаживает. Особенно тогда, когда человек голодает или постится. К аналогичному результату стремится и Бейкер, но искусственным путем – посредством таблеток.

Проектирование белков

Ученым удалось с нуля спроектировать белки. Написать любой нужный код ДНК достаточно просто, но раньше ученые не знали, как свернутся цепочки аминокислот, закодированных этими ДНК. Это было проблемой, потому что форма белка определяет его функцию. На помощь пришла биоинформатика, методы которой позволили точно спроектировать сворачивание белков. Благодаря этому прорыву в 2016 г. разные группы ученых смогли создать белки, самоорганизующиеся в полые клетки (их можно заполнить лекарством или фрагментами ДНК для лечения различных заболеваний), разобраться, как сворачивается РНК, что также открывает новые возможности для исследований, и разработать фактически универсальное лекарство от всех штаммов гриппа.

О последнем из упомянутых достижений стоит рассказать подробнее. В феврале 2016 г. команда ученых из Вашингтонского университета в Сиэтле сообщила о создании нового противовирусного препарата, который доказал свою успешность сразу на нескольких штаммах гриппа и показал себя лучше, чем самое эффективное на данный момент лекарство. Кроме того, действие препарата не зависит от иммунного ответа на инфекцию конкретного человека. Взяв за основу принцип работу антител, американские ученые создали небольшую пептидную молекулу, которая соединялась со стержневой областью белка молекулы гриппа и блокировала проникновение вируса в клетки. Перед тестированием на животных исследователи провели компьютерное моделирование, создав тысячи версий этой блокирующей молекулы и проверив, как она взаимодействует с семью наиболее распространенными штаммами вируса. Итоговый вариант молекулы вводили мышам за 48 часов до того, как ввести смертельную дозу вируса гриппа, и препарат показал, что он работает: животные выжили. И даже если препарат вводили после заражения, излечение также происходило достаточно быстро. Теперь осталось дождаться результатов клинических испытаний на людях.

Искусственное потомство

Профессор Катсухико Хайаси из Университета Кюсю с коллегами вмешались в дела, за которые прежде отвечал лишь Господь Бог. По сути, они сотворили жизнь: искусственно создали мышиные яйцеклетки, оплодотворили их искусственной спермой и получили эмбрионы, которые развились в мышат. Правда, до Создателя ученым еще очень далеко – у того получается каждый раз, а у "конкурентов" лишь в 3% случаев. Из 316 эмбрионов только 11 оказались жизнеспособными. С другой стороны, все 11 мышат родились полностью здоровыми, фертильными, т.е. способными давать потомство, и ничем не отличались от зачатых естественным путем зверей. Это несомненный успех.

Яйцеклетки японцы изготовили из клеток мышиного хвоста, перепрограммировав их сначала в стволовые, а потом и в половые. Когда яйцеклетки созрели, ученые оплодотворили их и имплантировали самкам. Итог – полностью искусственное потомство, для рождения которого непосредственное участие самцов и самок не обязательно. Конечно, пока не обойтись без суррогатной матери, которая вынашивает сотворенный плод. Но в будущем и она не понадобится – появятся искусственные утробы, проекты которых уже существуют. Ученые уверяют: исследования идут исключительно во благо – направлены на то, чтобы бесплодные пары могли завести детей. Скептики пугают всевозможными злоупотреблениями вроде бесконтрольного клонирования и создания химер. Но сама возможность творить жизнь завораживает.

Ребенок от трех родителей

Шок, гнев, скепсис и поздравления. Так встретили специалиста в области оплодотворения Джона Чжана в сентябре 2016 г., когда он заявил, что противоречивый метод смешения ДНК трех людей использовался для зачатия здорового младенца. Этот метод предназначен для защиты детей от передачи наследуемых расстройств, связанных с митохондриями – клеточными структурами, которые производят энергию. Но этические проблемы побудили США запретить такие процедуры. Чжан, работающий в New Hope Fertility Center в Нью-Йорке, выполнил эту технику в клинике компании в Мексике. Критики увидели в этом попытку уйти от регулирования и возмутились, что он объявил о работе на конференции, а не в виде публикации. Но Чжан отметает эти возражения. "Самое главное – получить живого рожденного ребенка", – говорит он.

Ведущие мировые научные журналы вынесли рассказ об успехе Джона Чжана на свои обложки. Работать в этом направлении Джон Чжан начал еще в 1990-х вместе с репродуктивным эндокринологом Джейми Грифо в Лангонском медицинском центре Нью-Йоркского университета. Сейчас Грифо, как и некоторые другие специалисты, аплодирует последней работе Чжана. "Я думаю, наконец-то свершилось великое", – говорит Грифо. Но есть и критики команды New Hope. "Многие вещи из проделанных ими абсолютно небезопасны", например, вливание в яйцеклетку донора лекарственного средства, которое может вызвать хромосомные аномалии, говорит Шухрат Миталипов, исследователь стволовых клеток в Университете науки и здоровья Орегона в Портленде.

Чжан смущен. Он говорит, что многие семьи, подвергающиеся риску передачи митохондриального заболевания, проявили интерес к его процедуре и он надеется выполнить ее в других странах. "Через пять-десять лет люди будут смотреть на нее и говорить: почему мы были такими глупыми, почему выступали против? – предсказывает он. – Я думаю, что мы обязаны показать выгоду для всего человечества".