Новости

22 декабря, 2022 15:57

Итоги года: РНФ и «Российская газета» рассказали о ярких результатах исследований российских ученых

Вопреки всем трудностям, с которыми российским ученым пришлось столкнуться в этом непростом году, исследования продолжались. Самоотверженные океанологи, борясь с непогодой, раскрывали тайны подводных глубин, трудолюбивые археологи наперегонки с застройщиками и временем раскапывали и сохраняли крупицы культуры, бережливые медики совершенствовали способы диагностики и лечения людей, физики, биологи, химики, математики, филологи, инженеры – все они стали чуть лучше понимать природу нашего мира, что в будущем приведет к улучшению качества жизни миллионов людей. Ведущие ученые из Экспертных советов Российского научного фонда (РНФ) рассказали о десяти запоминающихся научных достижениях 2022 года. Исследования проводились при поддержке РНФ. Кратко об этом пишет издание «Российская газета». 
Источник: пресс-служба РНФ

Ускорительный источник нейтронов вылечил животных с раковыми опухолями

Созданную 50 лет назад методику избирательного уничтожения раковых клеток адаптировали для лечения крупных животных. Сотрудники Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета в ходе экспериментов излечили от рака 15 кошек и собак с помощью бор-нейтронозахватной терапии.

В отличие от уже существующей методики лечения рака протонами, которая широко применяется в российских клиниках, новосибирцы использовали нейтроны. Животным со спонтанными опухолями (не специально введенными и похожими на человеческие) ввели препарат с изотопом бор-10 и облучили пучком нейтронов. Поглощение нейтрона бором порождает ядерную реакцию, которая уничтожает раковые клетки и не затрагивает здоровые.

Это первое в мире исследование лечебного действия нейтронов на крупных млекопитающих стало серьезным шагом к клиническим испытаниям на людях.

На ускорительном источнике эпитепловых нейтронов в городе Сямынь (Китай), созданном совместно с ИЯФ СО РАН и компанией TAE Life Sciences, терапию уже проводят на пациентах. В ближайшее время нейтронный источник появится и в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина.


Ускорительный источник нейтронов для БНЗТ –методики лечения рака. Источник: пресс-служба ИЯФ СО РАН


Создана альтернатива светодиоду для прозрачных ультратонких экранов

Физики получили люминесцирующий (светящийся) под действием тока органический 2D-полупроводник – основу для разработки сверхтонких прозрачных электронных устройств для развития дисплейных технологий, интернета вещей и разных сенсоров. Чтобы продемонстрировать работу материала, команда ученых из Москвы и Новосибирска с зарубежным коллегой создала первый в мире органический 2D-светотранзистор, открывающий путь к гибким экранам гаджетов и другим технологиям.

Ученые синтезировали новые молекулы с жестким центром из ароматических колец, который отвечал за полупроводниковые и светоизлучающие свойства, то есть за работу подобную полупроводнику в транзисторах телефонов и дисплеев в экранах. В результате исследователи вырастили из раствора 2D-кристаллы размером более миллиметра.

Они обладают подвижностью носителей заряда на порядок выше, чем в аморфном кремнии — основном материале транзисторов. Кроме того, кристаллы выдерживали повышенные температуры – свыше 200ºС, в то время как многие популярные молекулярные полупроводники в органических светодиодах и солнечных батареях теряют свои кристаллические свойства при такой температуре.

Это первые 2D монокристаллы, которые сочетают высокую подвижность носителей заряда и люминесценцию, что позволяет на их основе получить органические светотранзисторы – устройства, способные управлять электрическим током и излучать свет. Что и сделали авторы этого исследования, создав первый органический 2D-светотранзистор.

В исследовании приняли участие сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова, ИСПМ имени Н. С. Ениколопова РАН, Сколтеха, ИБХ имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, НИОХ имени Н. Н. Ворожцова СО РАН, НГУ и зарубежные коллеги.


Структура и фотография работающего органического 2D-светотранзистора. Источник: Fedorenko et al. / Adv. Electron. Mater., 2022


Кардиопротектор нового типа на основе вещества из морской губки прошел первые испытания

Вещества, которые находят в морских обитателях, все чаще становятся основой для разработки лекарств и других высокотехнологичных медицинских продуктов. Ученые Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН выделили из морской губки Неопетросия необычное соединение – нуклеозид, названный неопетрозидом А, строение которого определили химики Института органической химии им. Н.Д. Зелинского (ИОХ РАН) РАН. Вместе с сотрудниками Центра по исследованию сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний в Пусане (Южная Корея) они изучили его биологические свойства, провели начальные доклинические испытания, в том числе на грызунах, и установили механизм действия соединения как активного компонента перспективного лекарства для предотвращения ишемической болезни сердца.

Один из видов Неопетросии уже используют в мире при лечении амебиаза – второго по частоте летальных исходов после малярии среди паразитарных заболеваний. Неопетрозид А – это продукт метаболизма живущих в этой губке микроорганизмов.

Исследования на мышах показали, что Неопетрозид А стабилизирует циркуляцию крови в сердце и дыхательную способность митохондрий (энергетических станций клетки) после ишемического повреждения. Так, уровень АТФ (универсального источника энергии) увеличился на 15%, а скорость потребления кислорода мышечными клетками – на 75%. Кроме того, Неопетрозид А предотвращал развитие кардиофиброза у больных мышей.

Методы синтеза веществ, разработанные учеными ИОХ РАН, легли в основу создания вакцин и диагностических систем, которые уже вошли или скоро войдут в систему здравоохранения России.


Источник: Hyoung Kyu Kim et al. / J Am Coll Cardiol Basic Trans Science. 2022


Создана микросхема для работы более продвинутых нейросетей

Инженеры создали фотонные микросхемы, обеспечивающие оптическое переключение между множеством состояний и поддерживающие их без затрат энергии. Микросхемы можно использовать как искусственный синапс для разработки российской оптической нейроморфной вычислительной системы. Такие системы приведут к повышению скорости передачи и обработки массивов данных, и, тем самым, позволят быстрее и точнее решать сложные задачи, которые сегодня берут на себя нейросети, работающие на обычной электронике.

В созданные интегральные схемы входит халькогенидное соединение германия, сурьмы и теллура Ge2Sb2Te5. В чипе халькогенидный материал совершает фазовый переход между кристаллическим и аморфным состояниями, что сильно меняет оптические свойства материала и позволяет инициировать их сверхкоротким лазерным импульсом, а значит быстро управлять ими.

Исследователи из Московского института электронной техники и Московского педагогического государственного университета отработали технологии синтеза нужных материалов и сформировали из них фотонные элементы, каждый из которых может записать и хранить три бита информации. Совместно с Институтом общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и НИЦ «Курчатовский институт» – ИТЭФ ученые добавили в материал ионы олова, что снизило энергопотребление и предотвратило самопроизвольное стирание данных.

Сегодня первые фотонные микросхемы разрабатываются на базе опытного производства научно-производственного комплекса «Технологический центр» и Зеленоградского нанотехнологического центра.


Источник: пресс-служба НИУ МИЭТ


Впервые генетика раскрыла образ жизни неандертальцев

Геном сибирских неандертальцев позволил познакомиться с особенностями социальной организации их общины. Раньше такие выводы делали на основе только антропологических методов анализа. О своих находках ученые Института археологии и этнографии СО РАН в составе международной команды рассказали в одном из самых авторитетных журналов Nature.

Археологи из Новосибирска нашли в пещерах Чагырская и Окладникова одно из крупнейших скоплений костей неандертальцев в мире – более 80 фрагментов. Команда генетиков из Института Макса Планка, которую возглавляет нобелевский лауреат этого года Сванте Паабо, расшифровала ДНК 17 костей и зубов и идентифицировала среди них 13 неандертальцев, двое из которых были отцом и дочерью-подростком.

Теперь мы знаем не только то, что эти люди обитали здесь около 60-50 тысяч лет назад, охотились на бизонов и лошадей, но и то, что они жили на удивление небольшими группами по 10-20 человек, были связаны с соседями в основном через брачный обмен женщинами. Кроме того, подсказки в ДНК митохондрий – гетероплазмии, особые генетические варианты, сохраняющиеся лишь в течение небольшого числа поколений, которые были общими между неандертальцами, привели к выводу, что все жители Чагырской пещеры жили и умерли примерно в одно и то же время.

Такие исследования выводят человечество на совершенно новый этап в интерпретации жизни древних сообществ и, вероятно, принесут еще много новых знаний о наших предках.


Зуб неандертальца. Источник: ИАЭТ СО РАН


Клонирован ягненок с генами дикой породы

В сельском хозяйстве генетические исследования уже несколько лет помогают селекционерам выводить животных с нужными качествами. Федеральный исследовательский центр животноводства имени академика Л. К. Эрнста пошел дальше и занялся клонированием. В этом году ученые клонировали гибридного ягненка, выведенного после скрещения многоплодной домашней романовской овцы с выносливым горным диким бараном — памирским архаром. Это первый в мире клонированный гибридный ягненок, для создания которого использовали гены диких животных.

Вначале исследователи скрестили животных, а из плода их потомка выделили гибридные фибробласты, которые соединяли в себе ¾ части от романовской породы и ¼ — от дикого барана архара. Эти клетки вставили в ооциты, лишенные собственного генетического материала, получили клонированные эмбрионы и выращивали их в лаборатории в течение нескольких дней, чтобы убедиться, что они будут развиваться. Вместе с сотрудниками Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии — МВА имени К. И. Скрябина ученые пересадили эмбрионы суррогатной овце. В результате этой работы на свет появился здоровый ягненок.

Доработка технологии геномного редактирования на основе клонирования с использованием эмбриональных фибробластов позволит повсеместно внедрить ее в отрасль, масштабировать процесс создания таких животных, а также восстановить малочисленные популяции диких видов.


Повзрослевший ягненок Памир. Источник: ВИЖ имени Л.К. Эрнста


Нейронная сеть на квантовых принципах научилась классифицировать картинки

Физики Российского квантового центра, НИТУ МИСИС и МГУ им. М.В. Ломоносова впервые в мире представили квантовую нейронную сеть, которая может распределять картинки по разным классам изображений: рукописные цифры, а также предметы одежды и обуви.

Для этого ученые разработали подход к обучению нейронной сети. Они взяли уже существующие квантовые сверточные нейронные сети и изменили их основу – модель квантового персептрона, то есть модель восприятия информации мозгом в виде логической схемы. А затем обучили модифицированную сеть распознавать и распределять картинки по категориям.

Нейронной сети на вход дали несколько изображений и предложили расклассифицировать их, то есть соотнести картинки с классами из наборов данных цифр и предметов. Например, если на вход поступало рукописное изображение цифры, то необходимо было сказать, к какой из четырех цифр это изображение наиболее близко. Аналогичный тест проводили для изображений одежды. Чтобы решить задачу, нейронная сеть обучалась на большой открытой базе данных таких картинок и находила нужные зависимости.

Точность распознавания превышала 90%, так что квантовая нейросеть смогла распознать изображения так же хорошо, как и обычная, которая, например, ищет похожие картинки в сети или узнает вас при входе в деловой центр. Обучать нейронную сеть таким способом можно как на моделях – эмуляторах, так и на реальных квантовых компьютерах.

Поскольку мощность классических компьютеров перестает расти, а для нейросетей готовят все более сложные задачи, такие квантовые нейросети позволят быстрее и лучше справляться с ними, а при их переходе на квантовые компьютеры часть процессов ускорится в миллионы раз.

Улучшение нейросетей приблизит нас к созданию более совершенного компьютерного зрения.


Схема работы нейросети на квантовом эмуляторе квантового компьютера. Источник: Denis Bokhan et al. / Frontiers in Physics, 2022


Ранняя диагностика рака по анализу крови стала точнее

Сегодня найти ДНК погибших опухолевых клеток, а значит диагностировать и затем отслеживать рак во время терапии можно по анализу крови, не доставляя пациенту дискомфорт при стандартной биопсии. Ученые стремятся усовершенствовать такой анализ, чтобы определять онкологические заболевания еще раньше и качественнее. Для этого биологи обучили компьютер анализировать концы фрагментов внеклеточной ДНК и тем самым с высокой точностью обнаруживать рак на ранней стадии.

В плазме крови каждого человека циркулируют геномы погибших клеток. Такая внеклеточная ДНК уже давно стала маркером старения и разных заболеваний. Но если рутинные анализы плазмы показывают первичную структуру такой ДНК, то ученые из РНИМУ им. Н.И. Пирогова, НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина и Федерального центра мозга и нейротехнологий обратились к эпигенетической структуре ДНК. Другими словами, исследователи рассматривали не последовательность «кирпичиков»-нуклеотидов ДНК, как это делают в клиниках, а небольшие изменения в длинах цепочек этих «кирпичиков».

Для исследования взяли образцы крови 175 добровольцев: здоровых людей, пациентов с раком кишечника и пациентов с раком почки. В зависимости от того, в каких местах преимущественно происходят разрывы в цепочках ДНК при гибели опухолевых клеток, компьютер вычислил наличие или отсутствие патологии. Метод показал свою эффективность для определения опухолей даже на ранних стадиях.


Команда исследователей. Источник: пресс-служба РНИМУ


Почвы улучшили прогноз аномальных температур

Чем больше внешних параметров – состояние атмосферы, океана, растительности, почвы и других – войдет в систему прогноза погоды, тем больше мы будем знать о предстоящих аномальных температурах и сможем лучше подготовиться к ним. Сотрудники Гидрометцентра России дополнили свою систему долгосрочного прогнозирования аномалий актуальной информацией о составе почвы, что, например, воспроизвело события жаркого лета 2010 года более достоверно.

Несколько лет назад ученые Гидрометцентра России и Института вычислительной математики РАН разработали глобальную модель атмосферы ПЛАВ, а недавно усовершенствовали ее и обновили информацию о составе почв из международной ландшафтной базы данных GSDE. Раньше для этой прогностической модели использовали старые данные, и известную жару лета 2010 года компьютерная программа воспринимала как холод. Теперь система показывает тот же прогноз на 4 месяца с высокими температурами.

В дальнейшем усовершенствованная модель, проверенная на данных прошлых лет, будет использована для актуальных прогнозов. Ученые также планируют добавить к анализу атмосферы и почвы прогноз погоды в Мировом океане и характеристики растительности, поскольку испарения растений влияют на количество осадков.

Нестабильность атмосферы не дает метеорологам точно предсказывать погоду, поэтому прогнозы более чем на несколько дней основаны на вероятностях. Но исследователи рассчитывают на то, что с помощью улучшенной модели вероятностный прогноз опасных событий будет предсказываться более надежно.


Модель ПЛАВ. Источник: авторы исследования


Выяснилось, когда и как произошедшие от общего одноклеточного предки животных и грибов пошли разными путями

Российские биологи в составе международной команды нашли современные аналоги древнейших одноклеточных на планете, расшифровали их ДНК и показали, что предки животных и грибов, которые произошли от общего одноклеточного, пошли разными генетическими путями. Об этом ученые рассказали в Nature, одном из самых авторитетных научных журналов.

В последние годы исследователи Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН находили в разнотипных водоемах одноклеточные организмы – жгутиконосцев-хищников, которые в отличие от известной эвглены зеленой питаются за счет других организмов. Они считаются современными аналогами одноклеточных, представляющих начальные звенья эволюции, от которых произошли растения, животные и грибы. Так, совершенно разные по строению и образу жизни представители царств животных и грибов входят в состав одной супергруппы эукариот (ядерных организмов) Opisthokonta, или заднежгутиковые. Вместе с зарубежными коллегами биологи расшифровали геномы их одноклеточных заднежгутиковых родственников и определили, что более миллиарда лет назад животные и грибы разошлись друг от друга разными эволюционными путями.

Если раньше считалось, что большинство геномных изменений грибы и животные накопили уже после своего эволюционного становления, то благодаря этому исследованию мы знаем, что множество изменений в содержании генов произошло уже у их одноклеточных предков. Линия одноклеточных, ведущая к животным, начала накапливать гены, которые потом понадобятся для превращения в многоклеточный организм. Линия, ведущая к современным грибам, увеличила многообразие функций обмена вещества. Этот сдвиг позволил грибам адаптироваться и выжить в большом разнообразии разных сред обитания.


Источник: Eduard Ocaña-Pallarès et al. / Nature, 2022

26 января, 2023
Ведущие фонды познакомили предпринимателей с мерами поддержки
В МТПП состоялся семинар – инструкция от ведущих фондов РФ, оказывающих финансовую и грантовую под...
26 января, 2023
Утвержден новый состав попечительского совета Российского научного фонда
Владимир Путин подписал Указ «О попечительском совете Российского научного фонда». Документ опублико...