​Osiem najbardziej emocjonujących osiągnięć naukowych 2020 roku

Mimo to nauka nadal się kręci, a i sama pandemia stała się akceleratorem dla niektórych osiągnięć. Co udało się zdziałać w 2020 r.?

Choć krótki czas powstania szczepionki przygotowanej przez firmy Pfizer i BioNTech wzbudza obawy i kontrowersje - skupmy się na faktach. Tuż po tym, jak 2 stycznia naukowcy z Wuhan rozszyfrowali pełną sekwencję genetyczną koronawirusa SARS-CoV-2, niezwłocznie rozpoczęto pracę nad szczepionką. Ponieważ epidemia COVID-19 w ciągu kilku miesięcy stała się pandemią o globalnym zasięgu, walka z nią była priorytetem dla świata medycyny i farmaceutyki.

Szybkie opracowanie szczepionki przeciw koronawirusowi nie byłoby możliwe, gdyby badania nad bezpieczeństwem zastosowanej w niej technologii mRNA nie rozpoczęły się znacznie wcześniej. Już bowiem od co najmniej 2011 r. testuje się ją na ludziach - np. w badaniach nad szczepionkami antynowotworowymi. Jak dotąd naukowcy nie natknęli się na żaden poważny problem, który nakazałby wycofanie się z prac nad tą metodą.

Na czym polega jej innowacyjność? Szczepionka przygotowana z wykorzystaniem mRNA nie zawiera - jak tradycyjne szczepionki - laboratoryjnie wyhodowanego martwego ani żywego wirusa, lecz jedynie jego informacyjne RNA (oznaczone właśnie jako mRNA), umieszczone w kapsułce z nanocząsteczek lipidowych. Gdy ta dostanie się do komórek zaszczepionej osoby, uruchamia proces syntezy wrogiego nam białka koronawirusa. Jego obecność wyzwala odpowiedź naszego układu odpornościowego w podobny sposób, jak w tradycyjnych szczepionkach powoduje to obecność martwego lub żywego wirusa bądź jego fragmentu (jak np. w szczepionce przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, której preparat również zawiera tylko jedno z białek wirusa).

Zaletą metody z wykorzystaniem mRNA jest jej szybkość - naukowcy, mówiąc wprost, nie muszą hodować wirusa, który w tradycyjnej szczepionce zostałby użyty do produkcji. Fragment wirusa (jedno z jego białek) zostaje bowiem "wyhodowany" przez nasze własne komórki - a następnie unicestwiony przez nasz "uczący się" układ odpornościowy.

Wydaje się, że największe obawy społeczeństwa wzbudza obecność "obcego RNA" w preparacie. Trzeba jednak powiedzieć, że w toku wieloletnich badań nie stwierdzono, aby obce mRNA mogło w jakikolwiek sposób wniknąć do jądra naszych komórek, zawierających ludzkie DNA, i na nie wpłynąć. Wyhodowane w naszych komórkach - na bazie mRNA wirusa - białko jest przez nasz organizm traktowane jak każdy inny obcy patogen.

Co więcej, jeśli chodzi o niezbędne etapy badań nad szczepionką, przyśpieszono je nie poprzez rzekomą rezygnację z ich części, jak sugerują niektórzy, lecz przez skrócenie procedur urzędowych oraz przeprowadzanie różnych faz badań jednocześnie, a nie jedna po drugiej.

Ogarnięci pandemicznymi obawami nie możemy zapomnieć o klimacie. Dlatego numerem dwa w ubiegłym roku może być odkrycie enzymów, które pozwalają na rozkładanie politereftalanu etylenu (PET), używanego przy produkcji jednorazowych butelek - zalewających świat setkami milionów ton - a także odzieży i innych przedmiotów codziennego użytku. Nowo opracowane enzymy rozkładają plastik do prostszych jego składników, dzięki czemu można z nich znów wyprodukować tworzywo, bez konieczności wykorzystywania nowych surowców.

Enzymy opracowali naukowcy z Centre for Enzyme Innovation w Wielkiej Brytanii i National Renewable Energy Laboratory w Kolorado.

30 listopada ogłoszono, że jedna z odnóg giganta, zajmująca się sztuczną inteligencją, osiągnęła przełom w pracach nad swoim algorytmem DeepMind. Potwierdzono, że jego program AlphaFold jest zdolny trafnie określać trójwymiarowy kształt białka na podstawie jego sekwencji aminokwasów.

Dlaczego to tak ważne? Białka, z których składają się wszystkie żywe organizmy, to dla biologów wciąż w dużym stopniu zagadka. Działanie danego białka jest bowiem zależne właśnie od jego kształtu - możliwość szybkiego odgadywania struktury, a więc jednocześnie funkcji badanych białek to klucz do zrozumienia setek procesów, które odbywają się w naszym ciele, a także znacznie efektywniejszego niż dotychczas badania struktury białek nieznanych nam patogenów. Możliwość odgadywania funkcji białek przy pomocy sztucznej inteligencji jest milowym krokiem na drodze do znacznie szybszego i skuteczniejszego opracowania nowych leków i terapii.

Odkrycie kolejnego gatunku wymarłego gada mogłoby się wydawać mało interesujące dla kogoś, kto nie pasjonuje się paleontologią - ale grudniowe znalezisko naukowców z Uniwersytetu w Portsmouth pokazuje, że i w tej dziedzinie wciąż może nas coś zaskoczyć.

W Brazylii znaleziono bowiem dinozaura, który żył mniej więcej 110 mln lat temu i z wyglądu był podobny... No właśnie - zupełnie do niczego. Gad miał wielkość kury, chodził na dwóch nogach, a nad przednimi łapami wyrastało mu coś przypominającego sztywne pręty, długości ok. 15 cm, złożone z keratyny, czyli z tego samego białka, z którego składają się nasze paznokcie i włosy. Prawdopodobnie pełniły one funkcje ozdobno-ostrzegawcze - by zwabić partnerki, a jednocześnie odstraszyć potencjalną konkurencję.

Poza owymi osobliwymi "naramiennikami" dinozaur mógł się pochwalić grzywą na grzbiecie. Zespół naukowców nazwał go Ubirajara jubatus, co oznacza "władca włóczni" w języku używanym przez rdzennych mieszkańców Brazylii.

Obecnie diagnostyka choroby Alzheimera jest procesem złożonym i obejmuje wiele różnych badań. Problemy z pamięcią czy codziennym funkcjonowaniem mogą bowiem wskazywać na różne inne schorzenia, które wiążą się z zespołem otępiennym. Właśnie dlatego, zanim dojdzie do postawienia ostatecznej diagnozy, mijają często miesiące. Tymczasem szybkie wykrycie choroby jest niezwykle istotne, ponieważ - jakkolwiek wciąż jest ona nieuleczalna - dzięki wczesnemu wdrożeniu leczenia można w znaczący sposób wydłużyć życie i okres sprawności chorego.

Ubiegłoroczne wyniki badań naukowców z Uniwersytetu w Lund pozwalają sądzić, że jest możliwe wykrywanie nieprawidłowych, charakterystycznych dla choroby Alzheimera białek (oznaczanych jako p-tau217) poprzez testy krwi - i to już na bardzo wczesnym jej etapie, nawet 20 lat przed pojawieniem się objawów.

Aby zoptymalizować test do powszechnego zastosowania, potrzeba dalszych prac, ale osiągnięcia z 2020 r. naukowcy określają jako bardzo obiecujące. Wykrywanie nieprawidłowych białek poprzez badanie krwi będzie znacznie tańszym i szybszym sposobem niż stosowane obecnie badanie PET (tomografia pozytonowa) czy pobieranie próbki płynu rdzeniowego poprzez punkcję lędźwiową.

Naukowcy już od kilku dekad mieli mocne podstawy, by sądzić, że w pasie planetoid między Marsem a Jowiszem znajduje się woda. W ubiegłym roku, dzięki danym zebranym przez sondę Dawn, udało się z całą pewnością potwierdzić jej istnienie na Ceres - planecie karłowatej o średnicy 950 km, będącej największą ze wszystkich planetoid pasa.

Istnienie podpowierzchniowego oceanu podejrzewano już wcześniej, ale zdjęcia tajemniczych świetlnych plam zrobione przez sondę kilka lat temu - do złudzenia przypominające zdjęcia satelitarne ziemskich miast - wzbudziły niemało emocji wśród fanów kosmicznych nowinek. Jednak stojący twardo - nomen omen - na ziemi badacze już wtedy sądzili, że jasne, "świecące" plamy na Ceres to blask odbity od płatów lodu lub soli na jej powierzchni.

I rzeczywiście. Dane z sondy Dawn przeanalizowane w 2020 r. potwierdziły, że chodzi o skorupy węglanu sodu, którego źródłem jest ogromny, podpowierzchniowy ocean. To kolejny dowód, że na Ceres - podobnie zresztą jak na Marsie - może istnieć życie. Obecność słonej wody pod czapą lodowca w okolicy południowego bieguna Czerwonej Planety stwierdzono w sierpniu.

W październiku naukowcy dokonali też innego wodnego odkrycia - na Księżycu, a dokładnie w kraterze Clavius, znajdującym się na oświetlonej przez Słońce stronie naszego satelity. Wcześniej sądzono, że woda może się znajdować jedynie w zacienionych obszarach Srebrnego Globu.

Ciekawostką jest metoda fotografowania Księżyca. Tak dokładne jego zdjęcia były możliwe dzięki umieszczeniu teleskopu na samolocie Boeing 747SP, który wznosi się ponad najgęstsze warstwy ziemskiej atmosfery. Pozwala to na uzyskanie znacznie ostrzejszych obrazów kosmicznych obiektów.

W czerwcu naukowcy z medycznego uniwersytetu w Pittsburghu ogłosili, że korzystając z komórek skóry ochotników, stworzyli w pełni funkcjonalne miniwątroby, które następnie przeszczepili szczurom.

Narządy powstałe w laboratorium przeżyły cztery dni w szczurzych organizmach. Badania wykazały jednak, że prawidłowo wydzielały kwasy żółciowe i mocznik - a więc działały podobnie jak naturalnie rozwinięta wątroba. I chociaż jej dojrzewanie w organizmie trwa około dwóch lat, amerykańskim naukowcom udało się wyhodować mininarządy w niecały miesiąc.

Rzecz jasna, od tego eksperymentu do realnego zastosowania laboratoryjnych organów w transplantologii musi minąć jeszcze sporo czasu, lecz naukowcy mają już przynajmniej dowód, że wątroba z probówki może działać w żywym organizmie. Daje to nadzieję na rozwiązanie w przyszłości problemu długiego oczekiwania pacjentów na przeszczep.

Innowacyjną technikę naprawy genów przetestowali m.in. naukowcy w Boston's Children Hospital - u pacjentów z anemią sierpowatą. To dziedziczna choroba powodująca uszkodzenie genu odpowiedzialnego za produkcję hemoglobiny. Prowadzi do deformacji czerwonych krwinek - co skutkuje anemią, uszkodzeniem narządów i ogromnym bólem. Dzięki terapii genowej udało się przywrócić prawidłowe działanie genów u ośmiorga pacjentów.

Podobne sukcesy w leczeniu anemii sierpowatej raportowały w ubiegłym roku grupy badawcze w innych ośrodkach, stosujące technikę edycji genów, oznaczaną jako CRISPR/Cas9.

Osiągnięcia te są znaczące nie tylko dla chorych na anemię sierpowatą. Eksperci uważają, że za pomocą nowo opracowanych terapii genowych będzie można w przyszłości wyleczyć wiele chorób genetycznych, takich jak hemofilia, genetyczne niedobory odporności czy niektóre nowotwory.

Anna Brzeska