3 открытия марта: инновационные лекарства и ПО для коллайдера

В университетах России кипит научная жизнь: выделяется всё больше грантов и стипендий для тех, кто занимается исследованиями. Растёт интерес к молодым учёным и их идеям: поддерживаются стартапы, появляется огромное количество конкурсов, создаются венчурные фонды.

Мы решили вспомнить самые интересные научные разработки, созданные в стенах высших учебных заведений и проанонсированные в марте. И они действительно могут изменить мир к лучшему!

Антибиотик, который может оказаться противораковым агентом (МГУ им. М.В.Ломоносова и Сколтех)

Группа учёных из МГУ им. М.В. Ломоносова и Сколковского института науки и технологий открыла у антибиотика нибомицина новые свойства: оказалось, что при определённых обстоятельствах он может противостоять раковым клеткам.

Учёные изготовили антибиотик нибомицин (который в общем виде известен науке с 1955 года) из нового штамма антибактерий, выделенных из чёрных муравьев-древоточцев. Предположительно, полученный препарат отличается от производимых ранее механизмом действия.

"Мы обнаружили, что нибомицин подавляет рост раковых клеточных линий человека, <…> а он сам [может] рассматриваться как противораковый агент", - рассказал старший научный сотрудник химического факультета МГУ и Сколтеха Ильи Остерман.

Такой вывод сделан на основе наблюдения за действием нибомицина на разные виды штаммов. Так, например, он подавляет не только бактерии, устойчивые к антибиотикам фторхинолонам, но и, например, штамм кишечной палочки, которая не имеет защиты от данной группы антибиотиков. Это наблюдение позволяет предположить, что спектр воздействия нибомицина значительно шире, чем полагалось изначально.

Микрофотография колонии Streptomyces sp. Pe6, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа // Источник: Y. Zakalyukina, M.Birykov et al. Nybomycin-producing Streptomyces isolated from carpenter ant Camponotus vagus. 2019. Biochimie

Искусственный интеллект для Большого адронного коллайдера (НИУ ВШЭ и «Яндекс»)

Учёные из НИУ ВШЭ и специалисты компании «Яндекс» создали систему искусственного интеллекта, которая способна ускорить распознавание частиц Большим адронным коллайдером.

Суть открытия — в усовершенствовании программного обеспечения для детектора, который регистрирует частицы, появляющиеся от реакций между протонами. Кстати, протоны сталкиваются между собой в коллайдере каждую секунду в миллионных количествах. Обычно в результате таких столкновений образуются известные физикам частицы, а в поиске новых среди огромного количества результатов может помочь только ПО.

Однако на обработку одного результата может уйти несколько секунд. А если учесть, что в секунду происходят миллионы реакций, такая скорость катастрофически мала. Поэтому учёным, как правило, приходится использовать методы более низкой точности.

Исследователям НИУ ВШЭ и «Яндекса» удалось сократить скорость обработки результата реакции при помощи генеративных состязательных сетей (две нейронные сети, обучаясь, соревнуются между собой). Эта технология используется, например, для создания фотографий никогда не существовавших в реальности людей и животных: одна сеть создает похожие на реальность образы, а другая ищет отличия между реальным и искусственным изображениями.

"Удивительно, как методы, разрабатываемые, грубо говоря, для генерации реалистичных фотографий котов, позволяют на несколько порядков ускорить физические расчёты", – рассказывает один из авторов исследования, аспирант ВШЭ Никита Казеев.

Группа исследователей научила состязательные сети предугадывать результаты реакций в Большом адронном коллайдере, быстро симулируя поведение детектора.

Наноматериал для восстановления больных остеопорозом (НИТУ «МИСиС»)

Учёные из НИТУ «МИСиС» разработали наноматериал, в три раза увеличивающий скорость деления костных клеток. Таким образом, при вживлении этого материала внутренняя структура кости может восстанавливаться значительно эффективнее.  

Предполагается, что благодаря открытию в будущем пациенты с остеопорозом и остеомиелитом смогут обходиться без пересадки костного мозга. Эти заболевания вызывают необратимые изменения в костной структуре, и поэтому сейчас пациентов в тяжелых стадиях нужна пересадка разрушенного костного мозга. При этом совместимый донорский материал подобрать крайне непросто. Иногда для трансплантации не подходит даже костный мозг близкого родственника.

Новый наноматериал позволит решить эту проблему, восстановив внутреннюю структуру кости. В основе материала лежат нановолокна поликапролактона, который является биосовместимым и саморассасывающимся материалом. Ранее учёные уже создавали из него ранозаживляющие повязки, которые не требуют замены.

Чтобы материал активировал рост костных клеток, учёные повысили его гидрофильность, снабдив биоактивной плёнкой из титана, кальция, фосфора, углерода, кислорода и азота.

"Данные пленки при погружении в особую солевую среду, по химическому составу идентичную плазме крови человека, способны формировать на своей поверхности слой из кальция и фосфора, который в естественных условиях составляет основную часть кости. Благодаря химическому родству и структуре нановолокон, на этом слое начинает быстро нарастать новая костная ткань. Самое главное - нановолокна поликапролактона самостоятельно рассасываются спустя какое-то время, выполнив свои функции, в кости остается только новая "родная" ткань", - уточнили в НИТУ «МИСиС».

Итак, весна в российской науке началась с жизнеутверждающих открытий, которые помогут сделать удобнее жизнь не только простых людей, но и научного сообщества. Надеемся, что следующий месяц обернется для науки чем-то не менее интересным!