Итоги декады

В связи с завершением первого десятилетия первого века нового тысячелетия, журнал Science подвел научные итоги не одного года, а всей истекшей декады — с 2000 по 2010 год (более подробно: Lenta.ru [1]). Интересно посмотреть, как наука повзрослела за эти десять лет. Итак, что выделили эксперты Science в «десятку самых-самых»:

1. Теневой геном. Наивные взгляды биологов прошлого века о «мусорной» ДНК, которая составляет до 98.5% нашего генома, кардинально пересмотрены. Многие последние работы однозначно показали, что эта область генома насыщена регуляторными элементами, «дирижирующими» оркестрами из отдельных генов.
   • Shining a Light on the Genome’s „Dark Matter“ [2];
   • «Биомолекула»: «„Мусорная“ ДНК управляет эволюцией млекопитающих?» [3];
   • «Биомолекула»: «Тайны „молекулярных паразитов“, или Как путешествовать по геному» [4].
2. Бесценная космология. За прошедшие десять лет в космологии вызрели новые представления о недоступных «царствах» мира материи: темной материи и темной энергии. Специалисты считают, что буквально в течение этого десятилетия космологи обзавелись, наконец, непротиворечивой теоретической базой.
   • A Recipe for the Cosmos [5].
3. Ископаемая ДНК. Ученые научились выделять и анализировать ДНК (а также коллаген) из останков (например, из костей) древних организмов. Тот факт, что мы можем анализировать образцы возрастом до нескольких десятков тысяч лет, позволил намного детальнее взглянуть на биологию и эволюцию доисторического мира.
   • Tiny Time Machines Revisit Ancient Life [6].
4. Вода на Марсе. За последние десять лет точно установлено, что Марс когда-то был богат водой, причем в течение достаточно долгого времени. Возможно даже, там могла зародиться жизнь.
   • A Roller-Coaster Plunge Into Martian Water-and Life? [7].
5. «Перепрограммирование» клеток. С помощью вирусной трансфекции и «навязанной» экспрессии нескольких критичных генов ученые научились превращать клетки кожи или крови в стволовые клетки. Эти работы сделали ненужным предложенный ранее способ хранения пуповинной крови как источника стволовых клеток для будущей профилактики и лечения человека.
   • Cells Rewrite Their Own Destiny [8];
   • «Биомолекула»: «Была клетка простая, стала стволовая» [9];
   • «Биомолекула»: «Щадящие стволовые клетки» [10].



6. Описание микробиома. Это новое слово обозначает всю совокупность микроорганизмов, «заселяющих» наше собственное тело. Только в желудочно-кишечном тракте обитает более 1000 видов бактерий, а суммарное количество их генов в сотни раз превышает размер генома человека. Кроме того, мы только начинаем подступаться к пониманию роли «вириома» (сообщества вирусов) в глобальной биосфере Земли.
   • Body’s Hardworking Microbes Get Some Overdue Respect [11].
7. Открытие экзопланет. Более 500 планет за пределами нашей солнечной системы — это только начало!
   • Alien Planets Hit the Commodities Market [12].
8. Воспаление и болезни. Теперь общепризнано, что воспалительные процессы ответственны за развитие хронических болезней, которые, в конечном счете, приводят и к смерти — болезни Альцгеймера, рака, диабета и ожирения, атеросклероза и т. п. (От редакции «биомолекулы» добавим, что воспаление воспалением, но и нервы тоже до добра не доводят. Поэтому улыбнитесь и расслабьтесь!)
   • Inflammation Bares a Dark Side [13].
9. Мета-материалы и Сколково. Физики и инженеры за последнее десятилетие научились по-новому управлять лучами света, создав линзы, которые бросили вызов нашим представлениям о максимальном оптическом разрешении. На свет появились даже такие необычные материалы, из которых в пору шить «плащ-невидимку»!
   • Strange New Tricks With Light [14].
10. Изменение климата Земли. Ученые, наконец, признали: климат на планете действительно теплеет по вине человека, и природа не справляется с данной проблемой собственными силами.
    • Climatologists Feel the Heat As Science Meets Politics [15].

Наш собственный биомолекулярный хит-лист

В список попали статьи, опубликованные на «биомолекуле» в течение 2010 года, которые, по скромному мнению редакции, заслуживают того, чтобы их перечитать перед камином в ожидании боя курантов и традиционного обращения президента.

1. Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета

Болезнь Альцгеймера — основную форму старческого слабоумия — связывают с небольшим белком Aβ (β-амилоидом), нерастворимые отложения которого в нервной ткани оказывают разрушительный эффект на высшую нервную деятельность. β-Амилоид образуется вследствие ферментативного расщепления гликопротеина APP, в норме всегда присутствующего в мембранах нейронов и других клеток. Нормальная физиологическая роль ни этого белка, ни его метаболита Aβ до недавнего времени была неизвестна. Исследователи из Массачусетского госпиталя нашли возможную функцию белка Aβ в норме. Обнаружено, что синтетические аналоги Aβ и препараты височной доли мозговой ткани альцгеймеровских больных обладают мощной антимикробной активностью, а животные с нарушенным синтезом Aβ страдают сниженным иммунитетом. Всё это позволяет предположить, что белок Aβ — часть системы врождённого иммунитета в нервной системе человека [16].

2. Перевалило за тысячу: третья фаза геномики человека

Лишь десять лет назад всего двух пальцев было достаточно, чтобы сосчитать отсеквенированные человеческие геномы. В прошлом году для этого нужны были уже пальцы двух рук. Однако сейчас уже непонятно, найдётся ли нужное количество пальцев в роте солдат, чтобы продолжать вести такой подсчёт. Исследовательский консорциум «1000 геномов» сообщает о завершении «пилотной» фазы проекта, в которой получено 179 полных генетических последовательностей, ещё для почти 700 индивидуумов «прочли» только кодирующие участки ДНК, а для двух групп родители-ребёнок (получается, ещё шесть геномов) секвенирование выполнили с особенной тщательностью, чтобы изучить скорость возникновения мутаций. Персональная генетическая медицина всё продолжает приближаться [17].

(Кстати, описанные достижения отмечены в списке топ-10 научных событий 2010 года (а не десятилетия), по версии того же Science.)

3. Миллисекундный барьер взят!

Миллиардер Давид Шоу (David Shaw) в исследовательском центре имени себя с командой сотрудников собрал компьютер Anton, разработанный специально под расчеты молекулярной динамики (МД) биологических молекул, и с его помощью провёл расчет динамики нескольких небольших белков длительностью в миллисекунду. Хотя для «непосвящённых» эта цифра может показаться смехотворной, никогда ещё планка вычислительных экспериментов в молекулярной биологии не была установлена столь высоко [18].

(Из хит-листа Science-2010.)

4. Эволюция между молотом и наковальней, или как микробиология спасла эволюцию от поглощения молекулярной биологией

Заявить в ХХI веке, что молекулярная биология зашла в тупик, — для этого надо иметь не только смелость, но и недюжинный ум. Чтобы опубликовать статью на эту тему в одном из ведущих молекулярных журналов, требуется быть исключительно эрудированным и авторитетным учёным. Мы представляем адаптированный перевод одной из наиболее ярких научных статей прошлого года, написанной двумя выдающимися учёными — Карлом Вёзе и Нигелем Голденфельдом. В работе говорится об опасностях и неудачах современной молекулярной биологии [19].

5. «Покороче, пожалуйста»: самый маленький ядерный геном

Чем сложнее устроен организм, тем больше минимальный размер генома, которым он должен обладать, — хотя, одновременно со сложностью, часто сильно возрастает и избыточность. Самыми маленькими геномами среди эукариот (организмов, имеющих ядро) обладают облигатные внутриклеточные паразиты —  они, подобно вирусам, многое «заимствуют» у своих хозяев. До недавнего времени рекордсменом считался возбудитель микроспоридоза Encephalitozoon cuniculi — всего 2,9 млн. пар нуклеотидов, организованных в максимум 2000 плотно упакованных генов. Однако теперь пальма первенства перешла родственному организму — E. intestinalis: рекордно малый геном этого паразитического гриба состоит всего из 2,3 миллионов пар нуклеотидов [20].

6. Рибосома за работой

Большинство биохимических и биофизических экспериментов позволяют измерить какую-либо величину лишь «в среднем по палате», не достигая чувствительности, необходимой для регистрации событий на уровне отдельных молекул. Однако в последнее время всё большее распространение получают методики наблюдения за молекулами по отдельности. Недавно подобная технология была использована для «подглядывания» за работой отдельной рибосомы в реальном времени, наглядно выстраивая в цепочку события, происходящие при синтезе белковой молекулы [21].

7. Код жизни: прочесть не значит понять

Последний год жизни авторы этой статьи посвятили созданию инфраструктуры по получению, хранению и анализу кода жизни — генетической информации, которая записана в молекуле ДНК. Что такое ДНК с точки зрения математика, каковы основные принципы построения компьютерной архитектуры для анализа огромных массивов генетической информации и что ждать в будущем от тотальной прозрачности и доступности теперь уже и нашего индивидуального кода жизни, — обо всём этом расскажет предлагаемая вашему вниманию статья [22].

8. Жизнь в эпоху синтетической жизни

Не часто бывает, чтобы научное открытие, даже опубликованное на страницах самого престижного научного издания, мгновенно облетело весь мир, запестрев даже на страницах бульварных газет. Однако именно эта судьба постигла последнюю работу одиозного молекулярного биолога, основателя института имени себя, «современного Джеймса Уотсона» — словом, Дж. Крейга Вентера. В институте «его имени» (JCVI) собрали, модифицировали и имплантировали синтезированный «с нуля» геном в бактериальную «оболочку», получив в результате «рабочий» микроорганизм Mycoplasma mycoides. Мы приводим высказывания восьми учёных по этому поводу, собранные и опубликованные журналом Nature [23].

(Из хит-листа Science-2010.)

9. Когда б вы знали, из какого сора...

Одной из новейших реинкарнаций креационизма является псевдонаучная концепция «разумного замысла», приверженцы которой признают существование эволюции как таковой, но считают её кормчим всё того же всемогущего Бога. Джон Эвайс (John Avise), эволюционный генетик из Университета Калифорнии в Ирвине, публикует статью в Докладах АН США, в которой аргументированно выбивает почву из-под ног у сторонников этого воззрения. Основным его аргументом является то, что живые организмы слишком уж несовершенно устроены (в первую очередь на молекулярно-генетическом уровне), чтобы можно было представить себе творца, в голову которому пришёл столь «неразумный замысел» [24].

10. Слово из четырёх букв

Одним из наиболее удивительных открытий в биологии XX века стала расшифровка генетического кода, причём особенно трудно было понять, что такой код существует. Пожалуй, самым поразительным свойством этого «языка» является его универсальность — за исключением некоторых «диалектов», он одинаков для всех доменов жизни на Земле. В начале XXI века учёные сумели «перепрошить» генетический код, добавляя к стандартным аминокислотам неприродное звено, кодируемое стоп-кодоном в матричной РНК и считываемое при участии «ортогональных» тРНК. (Правда, при этом в белкé может быть только одно нестандартное звено.) Теперь дело поворачивается в сторону полностью «настраиваемых» белков: английским исследователям удалось создать рибосому, считывающую за раз не три, а четыре нуклеотида, что потенциально позволяет использовать для дизайна биополимеров более 250 неприродных аминокислот [25].

Литература

1. Декада открытий. (2010). Lenta.ru;
2. E. Pennisi. (2010). Shining a Light on the Genome's 'Dark Matter'. Science. 330, 1614-1614;
3. «Мусорная» ДНК управляет эволюцией млекопитающих?;
4. Тайны «молекулярных паразитов», или Как путешествовать по геному;
5. A. Cho. (2010). A Recipe for the Cosmos. Science. 330, 1615-1615;
6. A. Gibbons. (2010). Tiny Time Machines Revisit Ancient Life. Science. 330, 1616-1616;
7. R. A. Kerr. (2010). A Roller-Coaster Plunge Into Martian Water--and Life?. Science. 330, 1617-1617;
8. G. Vogel. (2010). Cells Rewrite Their Own Destiny. Science. 330, 1618-1618;
9. Была клетка простая, стала стволовая;
10. Щадящие стволовые клетки;
11. E. Pennisi. (2010). Body's Hardworking Microbes Get Some Overdue Respect. Science. 330, 1619-1619;
12. Y. Bhattacharjee. (2010). Alien Planets Hit the Commodities Market. Science. 330, 1620-1620;
13. J. Couzin-Frankel. (2010). Inflammation Bares a Dark Side. Science. 330, 1621-1621;
14. R. F. Service, A. Cho. (2010). Strange New Tricks With Light. Science. 330, 1622-1622;
15. R. A. Kerr, E. Kintisch. (2010). Climatologists Feel the Heat As Science Meets Politics. Science. 330, 1623-1623;
16. Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета;
17. Перевалило за тысячу: третья фаза геномики человека;
18. Миллисекундный барьер взят!;
19. Эволюция между молотом и наковальней, или Как микробиология спасла эволюцию от поглощения молекулярной биологией;
20. «Покороче, пожалуйста»: самый маленький ядерный геном;
21. Рибосома за работой;
22. Код жизни: прочесть не значит понять;
23. Жизнь в эпоху синтетической жизни;
24. Когда б вы знали, из какого сора…;
25. Слово из четырёх букв.