Коротко

Химикам часто приходится многократно повторять эксперименты, чтобы достичь нужного результата, и в планировании эксперимента главную роль играет опыт и интуиция исследователя. По крайней мере, так считалось до сих пор. В Nature опубликована статья, посвященная агенту искусственного интеллекта под названием Coscientist, способному организовывать химический эксперимент без детального контроля со стороны человека. Концепция автономной самоуправляемой лаборатории становится реальнее, отмечают комментаторы Nature.

Автоматизированные станции, которые выполняют повторяющиеся действия, сейчас работают во многих лабораториях. Более того, ИИ уже используется для планирования химических экспериментов, но до сих пор это было решение конкретных, четко сформулированных задач. Однако генеративные предобученные трансформаторы (GPT) не требуют подробных инструкций от человека. Авторы статьи решили создать GPT, способный воспринять промпт вида «Синтезируй молекулу А», провести поиск протокола в литературе, запрограммировать автоматическую станцию на проведение эксперимента, получить данные и при необходимости повторить цикл.

Coscientist генерировал процедуры синтеза для семи молекул разной сложности, включая парацетамол, аспирин и ибупрофен, причем более подробные и химически точные, чем другие GPT. Он предложил протоколы для выполнения определенных типов реакций, адекватно выбирал исходные вещества. Для оптимизации выхода ему потребовались реакции-примеры, без них попытки были не особенно успешными. Тем не менее авторы отметили, что иногда он предлагал химически неверные решения.

Ожирение наносит вред организму, при этом организм всеми силами сопротивляется потере веса: этому препятствует физиология кишечника, гормоны и мозг. Тем не менее, эти препятствия можно обойти. В последнее время приобрела популярность диета, при которой период голодания сменяется периодом нормального питания, ее эффективность уже была показана. Китайские ученые посмотрели, что происходит при этом в кишечнике и мозге худеющих.

В исследовании участвовали 25 добровольцев со средним возрастом 27 лет и ИМТ 28–45. На первом этапе участники питались, как привыкли, чтобы вычислить базовый уровень потребления энергии. Затем в течение 32 дней дни нормального питания чередовались днями строгого ограничения калорий (до четверти от базового уровня). На последнем этапе дни нормального питания снова чередовались днями ограничения калорий, но оно было не таким строгим — участникам давали список рекомендованных продуктов, если ему следовать, то женщины получали 500 калорий в день, а мужчины — 600. Этот этап длился 30 дней. К концу исследования участники похудели в среднем на 7,6 кг (7,8%). При этом у них снизилось давление, уровень глюкозы в крови натощак и холестерина, а также активность ферментов печени.

Функциональная МРТ показала, что в результате диеты снизилась активность областей мозга, вовлеченных в регуляцию аппетита и формирование зависимости. В кишечнике увеличилась доля Faecalibacterium prausnitzii, Parabacteroides distasonis и Bacterokles uniformis и снизилась доля Escherichia coli. Анализ показал, что содержание E. coli, Coprococcus comes и Eubacterium hallii отрицательно связано с активностью левого глазничного участка нижней лобной извилины, играющего ключевую роль в исполнительной функции, включая волю к потере веса. Наоборот, содержание P. distasonis и Flavonifractor plautii в кишечнике положительно коррелирует с активностью областей мозга, связанных со вниманием, эмоциями и обучением. Авторы делают выводы, что изменения в мозге и микробиоме во время похудения связаны или потому, что одно вызывает другое, или из-за наличия общей причины. Раскрытие механизма их связи — задача последующих работ.

Апноэ во сне приводит к одышке, утомляемости и сонливости, также оно ассоциировано с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Для терапии необходимо знать тяжесть протекания этого состояния, которое можно отследить по изменению метаболизма. В настоящее время эти изменения регистрируют в крови и моче, но испанские исследователи показали, что подойдет также пот, который легко собрать и проанализировать.

Образцы пота отбирали до и после сна у 61 человека, часть из которых страдала от апноэ различной степени тяжести, а часть была здорова. Анализ проводили методом газовой хроматографии—масс-спектрометрии, выявили 78 метаболитов. Изменения в основном затронули метаболиты, связанные с выработкой энергии и окислительным стрессом. Самыми релевантными авторы назвали такие метаболиты, как лактоза, сукцинат, мочевина и оксипролин. Изменились также уровни пирувата, серина и гидроксибутирата.

Для разработки мощных систем искусственного интеллекта важно понимать, как они учатся и запоминают информацию. Команда ученых из Института фундаментальных наук (Южная Корея) применила принципы обучения человеческого мозга, в частности, консолидации памяти, к моделям ИИ.

Синаптическая пластичность в гиппокампе имеет ключевое значение для преобразования кратковременных воспоминаний в долговременные. Важную роль в этом играет N-метил-D-аспарагиновый рецептор (NMDA-рецептор). Это постсинаптический ионный канал, который характеризуется нелинейной динамикой. Исследователи задались вопросом, может ли подобная нелинейность улучшить обучение нейронной сети — и ответили на этот вопрос утвердительно. Они обнаружили, что долговременную память модели глубокого обучения можно усилить путем имитации NMDA-рецептора.

Настройка параметров трансформера, отражающая работу действия NMDA-рецептора, привела к улучшению памяти в модели ИИ. Эта находка позволяет предположить, что процесс обучения искусственного интеллекта можно объяснить с помощью уже имеющихся знаний в области нейронаук.

Один из основных рисков, связанных с употреблением спиртного родителями, — фетальный алкогольный синдром (ФАС). Для него характерны неврологические нарушения, аномальные черты лица, низкий вес при рождении. Команда Майкла Голдинга из Техасского университета в экспериментах на мышах исследовала, насколько продолжительно влияние алкоголя на сперму.

Ранее исследователи показали, что у потомства самцов мышей, потребляющих алкоголь, возникают дефекты развития черепа, меняется гомеостаз глюкозы. Влияния на плодовитость самцов они не зафиксировали, но успешность экстракорпорального оплодотворения снизилась. Потребление алкоголя изменяет регуляцию путей окислительного стресса в сперме (в частности, повышается содержание микроРНК miR-30а и снижается уровень miR 142, что благоприятствует активации NRF2-управляемых генетических путей). Ученые предположили, что воздержание от алкоголя сгладит эпигенетические нарушения в сперматозоидах мышей, однако они сохранялись и через месяц. Также оставалась измененной функция митохондрий в теле придатка яичка (фактор, связанный с репродуктивным потенциалом). Причиной может быть продолжающийся окислительный стресс на фоне абстиненции. Следовательно, воздействие алкоголя на мужской организм намного длительнее, чем считалось.

Майкл Голдинг отметил, что для абстиненции не обязательно употребление алкоголя в дозах, которые считаются большими. «В моделях, которые мы используем, даже употребление трех-четырех бутылок пива после работы несколько дней в неделю может вызвать абстиненцию, когда такое поведение прекращается». Пары, планирующие беременность, должны знать, за какое время следует отказаться от спиртного. Для этого нужны дополнительные исследования, а пока что Голдинг оценивает это время для отцов в три месяца: «Мы знаем, что сперма вырабатывается в течение 60 дней, а процесс ее вывода занимает не менее одного месяца».

На встрече специалистов, работающих с нанопоровым секвенированием, в Хьюстоне 7 декабря старший вице-президент Oxford Nanopore по управлению продуктами и программами Розмари Синклер Докос и старший вице-президент по R&D Лакмал Джаясингхе представили новые улучшения в точности секвенирования ДНК. Это прежде всего достижение рекордного для нанопора показателя Q28 (99,8 %) средней точности для единичных молекул благодаря машинному обучению и улучшенным моделям. Самое длинное прочтение с точностью Q30 (99,9%) в наборе данных — 1,1 мегабазы. Команда подробно описала новый метод устранения ошибок в гомополимерных областях, который в сочетании с другими обновлениями платформы увеличил точность консенсуса человеческих последовательностей до Q50.

Дополнительные обновления платформы включают улучшения секвенирования РНК.

Поскольку Oxford Nanopore продолжает расширять круг пользователей на рынках клинических и промышленных приложений, команда поделилась новостями о линейке продуктов Q-Line для прикладных задач. Также объявлено о доступе к бета-версии TurBOT (автоматизированное решение для секвенирования образцов с интегрированным секвенатором MinION) — очередной этап сотрудничества с Tecan.

Управление по контролю качества продуктов и лекарств США (FDA)   одобрило первый в мире препарат, основанный на технологии CRISPR, против серповидноклеточной анемии — Касгеви (Casgevy, exa-cel) от компаний Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics. Препарат может назначаться пациентам 12 лет и старше. Первыми разрешили использование препарата регулирующие органы Великобритании. Вероятно, в Евросоюзе он будет одобрен в 2024 году. Ожидается, что к 30 марта FDA  вынесет решение по использованию экза-цела при бета-талассемии, еще одного наследственного заболевания крови.

В пятницу FDA также одобрило другой метод лечения серповидноклеточной анемии — генную терапию от Bluebird Bio под названием Лифгения (Lyfgenia) на основе лентивирусного вектора. В 2022 году была одобрена терапия Bluebird против бета-талассемии Зинтегло (Zyntenglo, beti-cel).

Пациенты, получавшие Касгеви или Лифгению, будут находиться под наблюдением в долгосрочном исследовании для оценки безопасности и эффективности.

В конце ноября Биобанк Великобритании (UK Biobank) открыл для ученых полные геномы 500 000 добровольцев, участвовавших в проекте. До этого (в 2021 году) были размещены в открытом доступе геномы 200 000 участников. Геномы сопровождаются деидентифицированными данными о здоровье, образе жизни и окружении этих людей. Исследователи по всему миру могут запросить доступ к информации и использовать ее в своих работах. Уже вышло более 9000 публикаций, основанных на данных UK Biobank.

До полных геномов генетическая открытая информация биобанка состояла из экзомов и отдельных вариантов. Но заболевания часто связаны именно с вариантами в некодирующих областях. К тому же полные геномы позволяют выявлять редкие мутации. В идеале ученым нужно намного больше полных геномов, чем доступно сейчас. Работы в этом направлении ведутся, например, в США функционирует проект All of Us. Не все ученые с энтузиазмом встретили обновление, некоторые считают, что полученные с помощью полногеномных исследований результаты ранее уже были выявлены в GWAS. Скорее всего, понадобится время, чтобы оценить значение новой информации для науки.

13 декабря 2023 года Центр генетики и репродуктивной медицины Genetico впервые проведет Всероссийский генетический диктант – просветительское онлайн-мероприятие для всех, кто занимается генетикой или смежными областями. Планируется сделать его ежегодным. Каждый участник, завершивший диктант, получит именной сертификат.

К проекту уже присоединились Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Первый СПГМУ им. акад. И.П. Павлова, Воронежский государственный университет, Омский государственный педагогический университет, Свердловский областной медицинский колледж.

Задать вопросы, стать партнером или участником

Молодому человеку 24 года, он проживает в Ставропольском крае. Заболевание начало проявляться с детства. Диагноз «амавроз Лебера 2 типа» установили совместно специалисты Медико-генетического научного центра имени Н.П. Бочкова и Федерального научно-клинического центра ФМБА России. Молекулярное исследование, подтвердившее, что причиной заболевания стал патогенный вариант гена RPE65, проводилось по научно-диагностической программе наследственных дистрофий сетчатки МГНЦ.

— У пациента наблюдались претерминальные изменения сетчатки: нарушена острота зрения, никталопия, цветоаномалия, истончение слоев сетчатки при томографии глаз, а также другие нарушения функционального состояния, — рассказал руководитель Научно-клинического центра офтальмогенетики МГНЦ, куратор по наследственным глазным болезням РФ, к.м.н., доцент Виталий Кадышев.

Генотерапевтический препарат для лечения наследственных дистрофий сетчатки, вызванных вариантами гена RPE65, для детей доступен за счет средств фонда «Круг добра», взрослым он обеспечивается за счет регионального бюджета.

Операцию по введению препарата провели в МНТК «Микрохирургия глаза» имени С.Н. Федорова. Пролечен один глаз, вторая операция ожидается через несколько дней.

По данным Научно-клинического центра офтальмогенетики МГНЦ в России насчитывается более 15 взрослых пациентов с наследственными дистрофиями сетчатки, обусловленными патогенными вариантами гена PRE65.

Впервые в России получил генозаместительную терапию двухлетний ребенок с амаврозом Лебера