Тема другого щорічного рейтингу "Прориви року" – довгий шлях прогресу. На думку The Atlantic, головний прорив року – Casgevy, або генне редагування для лікування серпоподібноклітинної анемії. У 1980-х і на початку 1990-х років вчені в Іспанії та Японії виявили дивні, повторювані патерни в ДНК певних бактерій. Згодом дослідники пов'язали ці послідовності з системою імунного захисту, яку вони назвали "кластерні регулярно розташовані паліндромні повтори" або CRISPR. У наступні десятиліття вчені знайшли розумні способи використання CRISPR для редагування генів рослин, тварин і навіть людей. CRISPR є головним проривом цього року не лише завдяки героїчній роботі, виконаній за останні 12 місяців, але й завдяки довгому ланцюгу героїв, чия праця охоплює десятиліття.
Іноді те, що здається великою подією, насправді не є таким. Цього літа впродовж кількох тижнів інтернет божеволів від повідомлень про те, що дослідники з Південної Кореї створили надпровідник кімнатної температури. Один вірусний допис назвав це "найбільшим фізичним відкриттям мого життя". Ця технологія могла б прокласти шлях до надзвичайно ефективних енергетичних мереж і левітуючих автомобілів. Але, на жаль, це нереально. Тож, можливо, це найбільший урок 2023 року про прогрес: час – це головне випробування. Прориву року знадобилося понад три десятиліття, щоб пройти шлях від відкриття до схвалення FDA, тоді як "найбільше" фізичне відкриття 2023-го було спростоване приблизно за 30 днів.
Тріумф CRISPR. Лікування серпоподібноклітинної анемії можливе
У грудні FDA схвалило перший у світі препарат, створений на основі технології CRISPR. Розроблений компаніями Vertex Pharmaceuticals з Бостона та CRISPR Therapeutics зі Швейцарії, препарат Casgevy є новим засобом для лікування серпоподібноклітинної анемії – хронічного захворювання крові, на яке страждають близько 100 тисяч людей у США, більшість з яких – чорношкірі.
Серпоподібноклітинна анемія спричинена генетичною мутацією, яка впливає на вироблення гемоглобіну – білка, що переносить кисень в еритроцитах. Аномальний гемоглобін робить клітини крові твердими і схожими на серп. Коли ці деформовані клітини збираються разом, вони блокують кровотік по всьому тілу, спричиняючи сильний біль, а в деяких випадках – смертельну анемію.
Лікування за методом Касґеві передбачає складну багатоетапну процедуру. Стовбурові клітини збираються з кісткового мозку пацієнта і відправляються в лабораторію. Вчені використовують CRISPR, щоб вибити ген, який пригнічує вироблення "фетального гемоглобіну", який у більшості людей перестає вироблятися після народження. (1948 року вчені виявили, що фетальний гемоглобін не "серпоподібний".) Відредаговані клітини повертаються в організм через інфузію. За кілька тижнів або місяців організм починає виробляти фетальний гемоглобін, який зменшує злипання клітин і покращує постачання кисню до тканин і органів.
В ідеалі, CRISPR запропонує одноразове лікування. В одному з досліджень 28 з 29 пацієнтів, за якими спостерігали щонайменше 18 місяців, позбулися сильного болю щонайменше на рік. Але вчені поки що не мають даних за десятиліття.
Casgevy – це тріумф для CRISPR. Але диво-ліки, які є занадто дорогими для цільової групи населення – або занадто складними для застосування там, де вони найбільше потрібні – роблять мало чудес. Понад 70 відсотків пацієнтів із серпоподібноклітинною анемією у світі живуть у країнах Африки на південь від Сахари. Ціна препарату Casgevy становить близько 2 мільйонів доларів, що приблизно у дві тисячі разів перевищує ВВП на душу населення, скажімо, Буркіна-Фасо. Медична інфраструктура, необхідна для повноцінного лікування, відсутня в більшості місць. Casgevy – чудовий винахід, але, як завжди, прогрес – це впровадження.
GLP-1. Революція в боротьбі з діабетом й у сприянні схудненню
У 1990-х роках невелика група вчених познайомилася з монстром Гілою – товстою ящіркою, яка може вижити, харчуючись менше одного разу на місяць. Вивчивши її слину, науковці виявили, що вона містить гормон, який в експериментах знижував рівень цукру в крові та регулював апетит. Десять років потому синтетична версія цієї дивної ящірки стала першим у своєму роді лікарським засобом, схваленим для лікування діабету 2 типу. Ліки отримали назву "агоніст рецептора глюканоподібного пептиду-1". Оскільки це складна назва, вчені здебільшого називають такі препарати "GLP-1".
Сьогодні світ купається у проривах GLP-1. Ці препарати мають багато назв. Семаглютид продається данською компанією Novo Nordisk під назвами Ozempic (схвалений для лікування діабету 2 типу) або Wegovy (для схуднення). Тірзепатід продається компанією Eli Lilly під назвами Mounjaro (діабет 2 типу) або Zepbound (для схуднення). Всі ці препарати діють майже однаково. Вони імітують гормони кишківника, які стимулюють вироблення інсуліну і сигналізують мозку, що пацієнт ситий. У клінічних дослідженнях пацієнти, які приймають ці препарати, втрачають близько 15 відсотків або більше своєї ваги.
Революція GLP-1 змінює медицину і культуру, "одночасно надихаючи і викликаючи дискомфорт", – пише журнал Science у статті, в якій ці препарати названі проривом року. Пів мільярда людей у світі живуть з діабетом, а 40 відсотків американців страждають на ожиріння. Відносно безпечний препарат, який стимулює вироблення інсуліну і зменшує споживання калорій, може кардинально змінити спосіб життя і культуру.
Деякі люди, які приймають GLP-1, скаржаться на нудоту, а деякі розлюбили свою улюблену їжу. У рідкісних випадках препарати можуть викликати параліч шлунку. Але поки що їхні чудодійні ефекти виходять далеко за межі діабету та втрати ваги. В одному з досліджень, проведеному за підтримки Novo Nordisk, препарат знизив частоту серцевих нападів та інсультів на 20 відсотків. Дані опитування Morgan Stanley показали, що люди, які приймають GLP-1, їдять менше цукерок, п'ють менше алкоголю і їдять на 40% більше овочів. Ліки, схоже, зменшують тягу до куріння, до азартних ігор, а у деяких навіть до компульсивного гризіння нігтів. GLP-1 – це виняткові ліки, але вони також можуть виявитися винятковим інструментом, який допоможе вченим чіткіше побачити, як наш кишечник, розум і сила волі працюють разом.
GPT та білкові трансформатори. Чого не можуть великі мовні моделі?
У березні OpenAI випустив GPT-4, останню й найдосконалішу версію технології мовних моделей, яка лежить в основі ChatGPT. Уявіть, як ви намагалися зрозуміти це речення два роки тому – корисне нагадування про те, що деякі речі, як-от великі мовні моделі, розвиваються повільно, повільно, а потім все в одну мить.
Опитування показують, що більшість розробників програмного забезпечення вже використовують ШІ для прискорення написання коду. Існують докази того, що ці інструменти підвищують продуктивність деяких працівників. І, схоже, поглинають роботу білих комірців-фрілансерів. Відомо, що OpenAI стверджує, що ця технологія може складати іспити на отримання медичної ліцензії та набирати бали вище 85% на LSAT, частинах SAT та єдиному іспиті для адвокатів.
Можна думати про трансформатори – саме так у GPT розшифровується "Т" – як про інструменти для створення свого роду величезної кулінарної книги мовних рецептів, до якої ШІ може звертатися, щоб приготувати змістовні, нові відповіді на будь-яку підказку. Якщо ШІ може створити космічну кулінарну книгу лінгвістичних значень, чи може він зробити те ж саме для іншого масиву інформації? Наприклад, чи може вивчити "мову" того, як наші клітини спілкуються між собою?
Цієї весни команда дослідників оголосила в журналі Science, що вони знайшли спосіб використовувати технологію для передбачення білкових послідовностей на рівні окремих атомів. Це досягнення ґрунтується на AlphaFold, системі штучного інтелекту, розробленій в рамках Alphabet. Як пояснили кілька вчених, цей останній прорив свідчить про те, що ми можемо використовувати мовні моделі для швидкого відтворення форм мільйонів білків швидше, ніж будь-коли. Найбільше вразила більш широка перспектива: якщо технологія трансформації здатна відображати як мови, так і білкові структури, це може стати надзвичайним інструментом для поглиблення знань.
Термоядерний синтез. Мрія потроху наближається
Усередині Сонця атоми стикаються і зливаються в процесі, який виробляє тепло і світло, роблячи життя на нашій планеті можливим. Вчені намагаються використати цю магію, відому як термоядерний синтез, для виробництва нашої власної нескінченної, відновлюваної та чистої енергії. Проблема: довгий час ніхто не міг змусити його працювати.
Однак за останні 13 місяців ми стали свідками не одного, а двох історичних досягнень у сфері термоядерного синтезу. У грудні минулого року 192 лазери в Ліверморській національній лабораторії ім. Лоренса в Каліфорнії розірвали алмаз, що містив невелику кількість замороженого водню, і створили менш ніж за 100 трильйонних часток секунди реакцію, яка виробила близько трьох мегаджоулів енергії, що в 1,5 рази перевищує енергію, отриману від лазерів. За словами вчених, у той момент вони здійснили першу реакцію термоядерного синтезу в лабораторних умовах, яка створила більше енергії, ніж було витрачено на її виробництво. Через сім місяців вони повторили це. У липні дослідники на тій самій установці майже подвоїли чисту кількість енергії, яку коли-небудь генерувала реакція термоядерного синтезу. Стартапи намагаються не відставати від наукових лабораторій. Нові термоядерні компанії Commonwealth Fusion Systems і Helion пробують масштабувати цю технологію.
Чи буде термоядерний синтез обігрівати ваш будинок наступного року? Навряд чи. Наступного десятиліття? Схрестимо пальці. За життя людей, які читають цю статтю? Можливо. У скептиків є вагомі підстави для скептицизму, але ці прориви доводять, що зоряна енергетика на нашій планеті можлива.
Вакцини проти малярії та RSV. Чудові новини для дітей
Малярія, одна з головних причин дитячої смертності у світі, забрала понад 600 тисяч життів 2022 року. Але з кожним роком ми, здається, все ближче до того, щоб позбавити світ від цієї страшної хвороби.
П'ятнадцять місяців тому було виявлено, що перша вакцина від малярії, розроблена вченими Оксфордського університету, має 80-відсоткову ефективність у запобіганні інфекції. Її вже ввели мільйонам дітей. Але попит все ще перевищує пропозицію. Ось чому так важливо, що у 2023 році Всесвітня організація охорони здоров'я рекомендувала другу вакцину від малярії під назвою R21, яка виявилася дешевшою і простішою у виробництві, ніж перша, і такою ж ефективною. ВООЗ заявляє, що очікує, що додавання R21 забезпечить достатню кількість вакцин для "всіх дітей, які проживають у районах, де малярія становить ризик для громадського здоров'я".
Більше того, торік FDA схвалила вакцини проти RSV, або респіраторно-синцитіального вірусу. За оцінками Американської асоціації легеневих хвороб, RSV настільки поширений, що 97% дітей хворіють на нього до того, як їм виповниться 2 роки, а протягом року до 80 тисяч дітей у віці до 5 років госпіталізуються з RSV, а також до 160 тисяч людей старшого віку. У травні компанії Pfizer і GSK отримали схвалення FDA на вакцину від RSV для людей похилого віку, а в липні FDA схвалило вакцину для захисту немовлят і дітей раннього віку.
ШІ-вбивця. Штучний інтелект на війні
У кошмарах прихильників штучного інтелекту наші найбільші досягнення в галузі програмного забезпечення одного дня повстануть проти нас і спричинять масову загибель людей. Можливо, вони помиляються. Але за будь-яким розумним аналізом, 2020-ті вже стали проривним десятиліттям для ШІ, який вбиває. На відміну від інших проривів у цьому списку, цей створює очевидні та безпосередні моральні проблеми.
У ході найгучнішого конфлікту в світі Ізраїль прискорив свою кампанію бомбардувань проти Гази, використовуючи платформу штучного інтелекту для наведення на цілі під назвою Habsora, або "Євангеліє". Згідно з повідомленнями The Guardian та ізраїльського журналу +972, Армія оборони Ізраїлю використовує Habsora для щоденного створення десятків рекомендацій щодо націлювання на основі зібраних розвідувальних даних, які можуть ідентифікувати приватні будинки осіб, підозрюваних у співпраці з Хамас або Ісламським джихадом. (Цахал також незалежно визнав, що використовує ШІ для визначення цілей бомбардувань).
Відплата Ізраїлю проти Хамасу за напад 7 жовтня включала в себе одну з найпотужніших кампаній повітряних бомбардувань в історії. Військові аналітики повідомили Financial Times, що семитижневі руйнування на півночі Гази наблизилися до збитків, завданих багаторічним бомбардуванням союзниками німецьких міст у Другій світовій війні. Очевидно, що ізраїльська кампанія бомбардувань за допомогою ШІ демонструє нам інший бік ідеї про те, що штучний інтелект є прискорювачем.
Тим часом війна в Україні є чи не першим великим конфліктом у світовій історії, який став війною безпілотників. Спочатку Україна покладалася на БПЛА Bayraktar TB2 турецького виробництва для атак на російські танки і вантажівки. Аерофотозйомка таких атак призвела до появи вірусних відео із зображенням підірваних конвоїв. Але росія у відповідь застосувала технологію глушіння, яка виводить з ладу 10 тисяч безпілотників на місяць. Зараз Україна намагається виробляти і купувати достатню кількість безпілотників, щоб компенсувати цю різницю, в той час як росія використовує дрони-камікадзе для знищення української інфраструктури.
Fervo і водень. Використання гарячої планети
Якщо енергетика – це багато в чому пошук більшої кількості тепла, то одним із привабливих рішень є використання переваг нашої гарячої підземної планети. Традиційні геотермальні установки бурять підземні джерела та резервуари з гарячою водою, тепло яких живить турбіни. Але на більшій частині земної кулі ці резервуари знаходяться надто глибоко, щоб до них можна було дістатися. Коли ми буримо, ми натрапляємо на тверду породу.
Минулорічна версія цього списку згадувала Quaise, експериментальний стартап, який намагається випаровувати граніт за допомогою висококонцентрованого променя радіочастотної енергії. Цьогоріч ми відзначаємо Fervo, який є частиною так званих вдосконалених геотермальних систем.
Fervo використовує технологію гідророзриву пласта, розроблену нафтогазовою промисловістю, для проникнення в гарячі підземні породи. Потім Fervo впорскує холодну воду в тріщини породи, створюючи своєрідне штучне гаряче джерело. У листопаді Fervo оголосила, що її розширений геотермальний проєкт у штаті Невада введений в експлуатацію і постачає безвуглецеву електроенергію до дата-центрів Google.
На цьому цьогорічні досягнення в галузі підземного тепла не закінчуються. Одинадцять років тому інженери в Малі натрапили на родовище газоподібного водню. Коли його під'єднали до генератора, він виробляв електроенергію для місцевого міста, а вихлопними газами була лише вода. У 2023 році достатньо урядів і стартапів прискорили пошук природних покладів водню, щоб журнал Science назвав розвідку водневого газу одним із проривів року. (Це відрізняється від "природного газу", про який ви вже чули і який є викопним паливом). Одне з досліджень, проведене урядом США, підрахувало, що Земля може містити 1 трильйон тонн водню, якого вистачить на тисячі років для забезпечення паливом і добривами.
Сконструйовані бактерії шкіри. Що, якби фарба для обличчя лікувала рак?
У минулорічній рубриці "Прориви" розповідалось про рідкий розчин, який оживляв органи мертвих свиней. Цього року в рубриці "Зачекайте, що?" пропонуємо вам новину про те, що фарба для обличчя лікує рак. Ну, свого роду фарба для обличчя. І скоріше "бореться" з раком, ніж лікує. До того ж, лише у мишей. Але все одно!
Деякі звичайні шкірні бактерії можуть змусити нашу імунну систему виробляти Т-клітини, які шукають і знищують хвороби в організмі. Цієї весни вчені оголосили, що вони сконструювали звичайну шкірну бактерію, яка може переносити шматочки пухлинного матеріалу. Коли вони втирали цю суміш у голову мишам у лабораторії, тварини виробляли в організмі Т-лімфоцити, які шукали віддалені пухлинні клітини й атакували їх. Тож так, по суті, фарба для обличчя, яка бореться з раком.
Багато вакцин вже використовують модифіковані віруси, такі як аденовірус, як вантажівки, що доставляють ліки в організм. Здатність доставляти ліки від раку (або навіть вакцини) через шкіру – це дивовижна можливість, особливо у світі, де люди бояться голок. Захоплює думка, що майбутнє медицини, чи то вакцини, чи то лікування раку, може бути таким же простим, як набір кремів для шкіри.
Loyal. Препарати для подовження життя собак
Наука про довголіття переживає зоряний час. Нещодавно Bloomberg Businessweek присвятив номер "технологічним титанам, венчурним капіталістам, криптоентузіастам і дослідникам ШІ, [які] перетворили дослідження довголіття на щось середнє між найгарячішою наукою і трагікомедією". Існує, мабуть, трильйон епізодів подкастів про те, як метформін, статини та інші ліки можуть продовжити наше життя. Але де переконливі докази того, що ми наблизилися до того, щоб зрозуміти, як допомогти нашим близьким жити довше?
Подивіться на собак. Великі породи, як-от доги та ротвейлери, зазвичай помирають раніше, ніж дрібні собаки. Новий препарат, розроблений біотехнологічною компанією Loyal, намагається продовжити їм життя, впливаючи на гормон під назвою "інсуліноподібний фактор росту-1" або IGF-1. Деякі вчені вважають, що високий рівень цього гормону прискорює старіння у великих собак. Зменшуючи рівень ІФР-1, Loyal сподівається стримати пов'язане зі старінням підвищення рівня інсуліну. У листопаді компанія оголосила, що виконала конкретну вимогу FDA для прискореного отримання дозволу на препарати, які можуть продовжити тривалість життя великих собак.
Препарат Loyal ще не доступний для власників домашніх тварин, і можливо, не буде доступний ще кілька років. Але підтримка FDA, тим не менш, знаменує собою історичне визнання перспектив медицини, що продовжують життя.
Джерело: The Atlantic
