Новый фермент для биопереработки пластика

Ежегодно производится более 400 млн т пластиковых отходов, подавляющее большинство из которых попадает на свалки. Генно-инженерные микробы – один из путей безопасной переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). Это один из самых распространенных пластиков, например, из него делаются бутылки для напитков. Идея может получить развитие благодаря новому ферменту – терефталатдиоксигеназе (TPADO), который эффективно осуществляет минерализацию ксенобиотических компонентов ПЭТ в биосфере. Иными словами, составная часть пластика распадается на молекулы, которые затем при помощи бактерий можно переработать в экологически чистые химикаты и материалы для вторичного производства.
#наукаоживом #экология

Научная статья: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.212142611914:35

Устройство сможет реагировать на свет, как растение

Учёные из Гонконга разработали микрожидкостную систему, построенную на принципах действия сосудистой сети растения. Реагируя на внешние стимулы типа потока света, система может менять форму, складываясь, как фигурка оригами. Это свойство позволяет применять систему как миниатюрный светочувствительный элемент в динамических искусственных сосудистых сетях и гибкой электронике.
#электроника #наукаоживом

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo1719

ДНК из космоса

Группа учёных NASA и Токийского университета нашла на метеоритах два компонента ДНК и РНК в дополнение к трём другим, найденным ранее. Новый, более щадящий метод анализа позволил выделить цитозин и тимин — наиболее хрупкие и поэтому трудно обнаруживаемые из азотистых оснований. Аденин, гуанин и урацил были выделены из космических тел ещё раньше. Открытие не даёт однозначного ответа на вопрос, где зародилась жизнь — на Земле или в космосе, но существенно дополняет научную картину этого явления: все пять азотистых оснований, которые участвуют в построении ДНК и РНК на Земле, могли быть занесены сюда в готовом виде.
#космос #наукаоживом

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/life-blueprint-in-asteroids

Зубная щетка, зубная нить и ополаскиватель рта — всё в одном крошечном роботе-трансформере

Инженеры Пенсильванского университета (США) разработали нанороботов из частиц оксида железа, которые под воздействием магнитных полей могут превращаться в щетинки, как у зубной щетки, или собираться в более тонкие зубные нити, и обеспечить чистку зубов. При этом роботы не просто механически убирают зубной налет, но и, выделяя специальные противомикробные препараты, уничтожают бактерии и биоплёнки, как это делает ополаскиватель для рта.
#наукаоживом

Научная статья: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01950

Запись данных при помощи ДНК

Исследователи из университета Вашингтона (США) разработали способ записи информации в молекулы ДНК при помощи механизма CRISPR. Если в обычной памяти информация кодируется при помощи 0 и 1, то в ДНК — при помощи четырёх базовых аминокислот. В настоящий момент системы памяти на основе ДНК существенно ограничены по числу одновременно записываемых символов. В новом исследовании удалось это ограничение существенно отодвинуть: представленный образец «печатной машинки» для ДНК позволяет записывать и считывать тысячи символов, последовательности комплексных событий и короткие текстовые сообщения. Также исследователям удалось добиться наследования генных записей: на примере колонии клеток редактура ДНК прослеживалась на протяжении 20 поколений в течение 25 дней. Подобные открытия способствуют появлению в перспективе сверхъёмких запоминающих ДНК-устройств.
#наукаоживом

Научная статья: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04922-8

Amazon исследует вакцину от рака

Техгигант совместно с медицинским центром онкологических исследований им. Фреда Хатчинсона (США) запустил клинические испытания персонализированной вакцины от рака на 20 пациентах. Вакцина разработана для борьбы с раком груди и меланомой, испытания продлятся до 1 ноября 2023 года. По сообщениям CNBC, Amazon предоставлял вычислительные мощности для машинного обучения для разработки вакцины, а центр им. Хатчинсона — медицинскую экспертизу. Это первый шаг корпорации к разработке лекарств; ранее в портфеле Amazon был только телемедицинский сервис и онлайн-аптека.
#наукаоживом #бигтехи

https://www.cnbc.com/2022/07/12/amazon-partners-with-fred-hutchinson-on-cancer-vaccine-trial.html

У робота теперь есть сердце

Учёные из Корнельского университета совместно с Армейской исследовательской лабораторией (ARL, США), используя гидродинамические и магнитные силы, запустили резиновый деформируемый насос, который может обеспечить мягких роботов системой кровообращения, имитируя работу сердца. Исследователи провели эксперименты и показали, что насосная система может непрерывно работать, однако, по сравнению с жёсткими насосами, ее производительность примерно на 10% ниже. Разработка может применяться не только для роботов, но и для лечения сосудистых заболеваний и реабилитации.
#роботы #наукаоживом

https://news.cornell.edu/stories/2022/07/deformable-pump-gives-soft-robots-heart-0

ИИ расшифровал структуру более 200 млн белков

Искусственный интеллект AlphaFold AI для предугадывая структур новых белков от DeepMind появился в 2020 году.
В прошлом году DeepMind выпустила базу данных с открытым исходным кодом, содержащую 3D-структуры сотен тысяч белков, включая все 20 000 известных белков человеческого организма.

Теперь эта база данных AlphaFold Protein Structure Database расширена до 200 млн структур от миллиона видов и включает почти все известные науке белки. Новая база является огромным подспорьем для исследований в области лечения заболеваний, разработке вакцин, устойчивости к антибиотикам и даже загрязнения окружающей среды пластиком. Всю базу данных белковых структур на более чем 25 ТБ данных, можно загрузить из Google Cloud Public Datasets.
#AI #наукаоживом

https://www.deepmind.com/blog/alphafold-reveals-the-structure-of-the-protein-universe

Носимый ультразвуковой сканер

Ультразвук широко применяется в обследованиях внутренних органов и тканей организма, но для этого требуется тесный контакт излучателя и исследуемого объекта. Поэтому сложно получить длинную серию наблюдений, особенно если пациент постоянно двигается. Учёные из MIT разработали ультразвуковой сканер, который крепится к коже звукопроницаемым гелевым эластомером и может исследовать нужную область. Испытания показали, что устройство можно носить до 48 часов. Аппарат может применяться в УЗ-диагностике сонной артерии, лёгких и брюшной полости.
#наукаоживом

Научная статья: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo2542
https://www.scientificamerican.com/article/this-sticker-looks-inside-the-body/

В Южной Корее изобрели умную татуировку для мониторинга здоровья

Исследователи из Корейского института науки и технологии (KAIST) разработали электронные чернила для татуировок из галлия и углеродных нанотрубок, работающих как биоэлектрод. Татуировка наносится на кожу, но смыть её непросто, она не сходит даже при трении. Подключённые к биосенсору, татуировки могут передавать на монитор данные о сердечном ритме, уровне глюкозы, молочной кислоты в крови и другие жизненно важные показатели. В будущем датчики-татуировки будут снабжены беспроводными контроллерами.
#наукаоживом #электроника

https://www.reuters.com/business/healthcare-pharmaceuticals/skorea-develops-nanotech-tattoo-health-monitoring-device-2022-08-02/

Оживить организм через час после смерти. Почти

Учёным из Йельского университета (США) удалось частично вернуть к жизни свинью, чьё сердце остановилось за час до этого, при помощи системы искусственного кровообращения и препарата OrganEx. Циркуляция крови животного с синтетической жидкостью повторяет работу кровеносной системы — насыщает клетки кислородом и удаляет углекислый газ. Специальная жидкость, в свою очередь, «запускает» в клетках мозга, сердца, почек и печени «режим жизни» — в них снова начинается метаболизм, мышцы сердца вновь демонстрируют электрическую активность. На текущий момент это не полноценное возвращение к жизни, а скорее поддержание тканей в более-менее жизнеспособном состоянии, например, в ожидании экстренной пересадки нового органа. Исследователи предполагают продолжить работу над усовершенствованием системы.
#наукаоживом

Научная статья: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05016-1

Дописать ДНК

Стартап из Кембриджа (Великобритания) Constructive Bio работает над способом перепрограммировать бактерии. Речь не о ставшем уже классическим редактировании ДНК, а именно о «дописывании» аминокислотного кода. Стартап работает над двумя подходами: в первом искусственный геном строится из химически синтезированной ДНК, во втором — перепрограммированные организмы используются для построения полностью синтетических полимеров, которые затем могут применяться в электронике и пластмассах. Таким новым материалам можно задать принципиально новые свойства, например сделать пластик по-настоящему биоразлагаемым. Также синтетическим организмам не угрожают вирусы — последние не могут жить в клетках с искусственной ДНК, — поэтому новые бактерии можно применять для производства белковых структур типа инсулина, не опасаясь, что культура погибнет от вируса-бактериофага.
#наукаоживом

https://www.ft.com/content/ec7563f6-c3bf-4d21-9d57-829065e22983?accessToken=zwAAAYKia6RakdPsdWP2w79NIdOdV4KQZeIpgw.MEUCIBph__By8YuW58R6O0xRZ-i2sveQuTfP3IJNxLcFmEHKAiEA5kuYyN9M81zqGMmLxo_Qo5Z3LRyGs4eYfRftIw31GJE&sharetype=gift&token=84364f8a-c3b3-4cbc-9ab0-97514b8fa32c

Учёные открыли путь к беспроводным биодатчикам без чипов и батарей

Инженеры Массачусетского технологического института (США) разработали новый вид носимого датчика, который передаёт данные по беспроводной сети, не требуя встроенных громоздких чипов или батарей. Устройство в виде гибкой полупроводниковой плёнки из композита на основе нитрида галлия — т.н. «электронной кожи» — распознаёт и по беспроводной сети передаёт сигналы, обусловленные сердцебиением, выделениями кожи и ультрафиолетовым воздействием на неё. Авторы утверждают, что изобретение может работать как многоцелевая платформа для удалённого анализа разных параметров организма — например, уровня глюкозы или кортизола, нужно только подобрать правильный реактив для контактного слоя.
#наукаоживом #материалы #сенсоры

https://news.mit.edu/2022/sensor-electronic-chipless-0818

ИИ может отследить симптомы болезни Паркинсона по дыханию

Ученые из Массачусетского технологического института представили алгоритм ИИ для диагностики болезни Паркинсона по дыханию во время сна. ИИ обучали на огромном наборе данных о дыхании, собранных в течении 12 000 ночей с участием 757 пациентов с болезнью Паркинсона и около 7 000 здоровых людей. При тестировании модели ИИ на независимом наборе данных они смога поставить диагноз пациентам с болезнью Паркинсона с точностью 86% всего после анализа данных одной ночи. Примечательно, что ИИ мог отличить пациентов с болезнью Паркинсона от пациентов с болезнью Альцгеймера, что означает, что тестирование оценивает специфические для болезни черты, а не просто общую неврологическую дегенерацию.
#наукаоживом #AI

https://news.mit.edu/2022/artificial-intelligence-can-detect-parkinsons-from-breathing-patterns-0822

Компактная трёхмерная модель по картинке

В Вашингтонском университете в Сент-Луисе (США) разработана нейросеть, способная создать 3-мерную модель живой клетки по двухмерным снимкам. Сеть относится к классу «полевых» (field) и сканирует изображение, определяя координаты каждой точки. Модель проходит обучение с подкреплением на нескольких снимках объекта. После этого, задав координаты, можно получить изображение каждой из точек этого объекта. Технология позволяет хранить не сами изображения, а куда более компактные координаты и воссоздавать такие изображения, когда потребуется, чем существенно сэкономить ресурсы для хранения данных.
#AI #наукаоживом

https://www.nature.com/articles/s42256-022-00530-3

IBM разворачивает первый квантовый компьютер на стороне заказчика

Первой организацией в США, купившей свой собственный квантовый компьютер, стал Кливлендский клинический центр. Это учреждение — помимо амбулаторной и стационарной медицинской помощи — занимается также исследованиями и образованием в здравоохранении. Квантовый компьютер предполагается достроить в 2023 году и использовать для разработки лекарств, моделирования методов лечения, машинного обучения, а также для развития методов адаптации квантовых мощностей для решения прикладных бизнес-задач.
#кванты #наукаоживом

https://newsroom.ibm.com/2022-10-18-Cleveland-Clinic-and-IBM-Begin-Installation-of-IBM-Quantum-System-One

Nature: 7 важных технологий 2024 г.

Научный журнал опубликовал список технологий, которые в наступившем году могут принести наиболее перспективные результаты. Большинство технологий относятся к наукам о жизни, и в основе почти всех лежат достижения искусственного интеллекта.

1. Глубокое обучение для проектирования белков. Важным является переход от проектирования на основе последовательности белков и их элементов — это больше походило на работу с текстом, когда языковая модель подбирает нужные слова из изученных ранее — к более сложному структурному проектированию, когда учитываются конфигурации молекул. Это уже напоминает работу мультимодальных моделей, генерирующих изображения.

2. Обнаружение дипфейков. Устоявшихся подходов пока нет: кто-то предлагает маркировать генеративный контент прямо в моделях на этапе производства, кто-то разрабатывает ПО для распознавания уже готовых объектов. Формируются профильные репозитории для средств обнаружения дипфейков.

3. Встройка больших фрагментов ДНК. Технологии CRISPR и ей подобные используются уже давно, но они позволяют манипулировать небольшими фрагментами РНК. Сейчас же развиваются методы, посредством которых можно редактировать куда большие участки — целые последовательности генов. Это может существенно ускорить как борьбу с наследственными заболеваниями, так и выведение новых сельхозкультур.

4. Суперразрешение. Микроскопы позволяют заглянуть в масштабы ангстремов (десятые доли нанометра), на уровень атомов, и будут продолжать развиваться. Параллельно с этим формируются методы, позволяющие рассмотреть молекулу белка, когда она находится в свёрнутом состоянии или вовсе внутри клетки. Все эти разработки помогут как в манипуляциях с ДНК, так и существенно усилят возможности диагностики заболеваний по образцам крови и других тканей.

5. Интерфейсы мозг-компьютер. Нейроинтерфейсы успешно помогают парализованным людям синтезировать речь «силой мысли», управлять компьютером и другой техникой. В ближайшей перспективе — по мере прохождения клинических испытаний — ожидаются как масштабирование практического применения, так и новые области применения, например, лечение расстройств поведения.

6. Атлас клеток. Прогресс в области картирования клеток, основанный на достижениях в анализе отдельных клеток и методов пространственных исследований, вскоре может привести к созданию карт всех тканей человека в «клеточном» разрешении. Над задачей работают несколько международных коллабораций: Human Cell Atlas (HCA), Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP), и масштабный проект по картированию мозга человека BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN).

7. 3D-печатные наноматериалы. Материалам можно придавать новые свойства — прочность, способность к катализу и т.д., — обрабатывая их на наноуровне. Большинство таких технологий используют лазеры для индуцирования структурированной фотополимеризации светочувствительных материалов, и за последние несколько лет ученые добились значительного прогресса. Так, фотополимеризировать теперь можно даже металлы, хотя ранее это считалось невозможным. Следующий барьер — экономический. Лазерная установка для полимеризации стоит от $0,5 млн, но и здесь появляются всё более дешёвые решения.

#наукаоживом #AI

https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-024-00173-x/d41586-024-00173-x.pdf

Samsung конкурирует с Apple на рынке неинвазивных глюкометров

Корейский гигант изучает возможность разработки прибора, который бы определял уровень сахара в крови без прокола кожи, а также непрерывно мерил артериальное давление. Сейчас умные часы Samsung уже могут предоставлять данные о давлении, но не постоянно, а точечно, и нуждаются в калибровке время от времени.

Разработка глюкометра является частью более широкой программы по внедрению функций здравоохранения в ряд устройств. Компания стремится в конечном итоге предоставить потребителям полную картину состояния их здоровья с помощью как датчиков, носимых на разных частях тела, так и установленных в жилищах.

Возможно, глюкометр будет вмонтирован в кольцо Galaxy Ring — если не в первую модель, выход которой ожидается в этом году, то в какую-то из последующих. В аналогичном направлении движется Apple и ряд других производителей электроники.

#news #электроника #медицина #наукаоживом

https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-01-22/samsung-races-apple-on-noninvasive-glucose-checks-blood-pressure-monitoring

Ученые создали червей-«киборгов», управляемых искусственным интеллектом

Команда исследователей из Гарварда создала AI-агента, обученного с подкреплением (reinforcement learing, RL), который управляет червями при помощи света.

В качестве подопытных животных взяли нематод — маленьких червей размером около 1 мм, в качестве приманки — колонии вкусных для червей бактерий. Всё это поместили в чашку диаметром 4 см, над ней установили камеру, которая передавала AI-агенту данные о состоянии системы, и источник света, управляемый этим же агентом. Нематоды были предварительно модифицированы при помощи методов оптогенетики таким образом, что определенные нейроны активировались в ответ на свет, иногда вызывая движение.

Исследователи протестировали шесть генетических линий червей, в которых количество светочувствительных нейронов варьировалось от 1 до 302 — столько всего есть у этого вида нематод. Стимуляция имела разный эффект в каждой линии, например, заставляя или не давая червю поворачиваться. Прежде чем запустить агента в самостоятельную работу, ученые собрали данные для обучения, случайным образом мигая светом на червей в течение 5 часов, затем передали данные RL-агенту для поиска закономерностей.

С пятью из шести линий, включая линию, где все нейроны реагировали на свет, агент научился направлять червя к цели быстрее, чем если бы животное оставили в покое или свет мигал бы случайным образом. Более того, агент и червь «сотрудничали»: если агент направлял червя прямо к цели, но на пути были небольшие препятствия, червь обходил их.

Исследование является важным шагом для развития взаимодействия искусственных и естественных нейронных сетей. Авторы в настоящий момент изучают, может ли их метод улучшить электрическую глубокую стимуляцию мозга для лечения болезни Паркинсона у людей, регулируя используемое напряжение и время воздействия.

Научная статья: https://www.nature.com/articles/s42256-024-00854-2

#AI #наукаоживом #нейронаука #news

https://www.scientificamerican.com/article/scientists-make-cyborg-worms-with-a-brain-guided-by-ai/

Команда Марка Цукерберга создаёт виртуальную клетку человека с помощью AI

Группа исследователей из Chan Zuckerberg Initiative (CZI) — некоммерческой организации, учреждённой Марком Цукербергом и его женой Присциллой Чан, Стэнфорда и EPFL представили революционный проект по созданию искусственной виртуальной клетки (ИВК) с помощью AI. ИВК объединяет молекулярный, клеточный и тканевой уровни в одной модели.

Задачи AI в исследовании:

1. Анализ 3D-изображений белков в клетках;
2. Моделирование клеток с целью предсказания их реакций на лекарства и изменения среды;
3. Итерация данных из секвенирования, визуализаций и научной литературы.

В исследовании будет использована платформа CELLxGENE для доступа к крупнейшей библиотеке данных одиночных клеток. А также новейшие технологии AI, включая трансформеры и графовые нейронные сети.

Для расчётов создаётся вычислительный кластер из более чем тысячи ускорителей Nvidia H100 — он станет одним из самых больших в мире среди ориентированных на некоммерческие исследования.

Ожидается, что результаты моделирования повысят уровень персонализированной и предсказательной медицины, ускорят разработку лекарств и приблизят учёных к пониманию клеточных систем во всей их сложности вместо фокуса на отдельных аспектах применения AI в биологии.

#news #наукаоживом #AI

https://www.technologyreview.com/2023/09/19/1079261/czi-ai-cell-disease/