Премія Вольфа для українця, квантова пам’ять та вакцина від раку

Математика

 

Премія Вольфа українцю. Цьогорічну премію Вольфа за досягнення в математиці присудили члену-кореспонденту НАНУ Володимеру Дрінфельду та Олександру Бейлінсону за «геометричну модель алгебраїчної теорії, що відіграє ключову роль в теорії полів та теорії струн».

 

Володимир Дрінфельд закінчив механіко-математичний факультет Московського університету, з 1981 до 1999 року працював у Харківському Фізико-технічному інституті низьких температур, а потім емігрував до США, де наразі працює в Чиказькому університеті. У 1990 році його вже було нагороджено медаллю Філдса, найпрестижнішою математичною премією. Премія Вольфа вважається другою за престижністю нагородою, яку можуть здобути математики (нагадаємо, Нобелівська премія із математики не вручається, натомість чимало математиків здобули Нобелівську премію із економіки)

 

Фізика

 

Квантова пам’ять. Одиницею інформації в квантових комп’ютерах є кубіти, або квантові біти. Біт у звичайному комп’ютері може приймати одне з двох значень – 0 або 1. Кубіт – це квантова система, що окрім цих двох значень може приймати їхню суперпозицію, тобто значення між 0 та 1. Завдяки цьому в кубіті можна зашифрувати більше інформації, ніж у звичайному біті. Кубіти створюють на основі різних частинок. Наприклад, для фотонів, квантів електромагнітного випромінення, за 0 та 1 приймається значення поляризації, тобто розташування площини коливання електричного поля. Для електронів це напрямок спіну – власного магнітного моменту частинки.

 

Читайте також: Наукові новини: війна з плагіатом, спіни та ДНК-оригамі

 

Проблема у зберіганні інформації в квантових комп’ютерах у тому, що з часом вона втрачається, наприклад, через теплові рухи частинок. У Технічному Університеті Відня змогли значно просунутися у створенні квантової пам’яті. Група під керівництвом Йоханнеса Мейєра використала доповані атомами азоту алмази. Алмаз складається із атомів вуглецю, частину з яких науковці замінили атомами азоту. В азоту на один електрон більше, ніж у вуглецю, тому на місці нового атому з’являється незаповнена вакансія. Саме ці вакансії і використали для зберігання квантової інформації.

 

В динамічній оперативній пам’яті (DRAM) звичайних комп’ютерів для зберігання інформації використовують напівпровідники. Дані пам’яті дуже швидко зникають через теплові коливання частинок, і мають постійно відновлюватися – процес займає десятки мілісекунд. У новітній квантовій пам’яті інформація зберігається протягом 8 годин, проте лише при температурі в 25 міліКельвін, тобто близько до абсолютного нуля.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Materials.

 

Надпровідний резонатор із допованим алмазом посередині. Алмаз (чорна речовина посередині) знаходиться між двома металевими структурами із постійним однорідним магнітним полем, що не дає спінам змінювати їхні напрямки. Фотографія: журнал Nature Materials

 

Суператомний 2D-кристал. Атоми є найменшими переносниками властивостей хімічних елементів. Суператоми – це атомні об’єднання, кластери, які зберігають деякі властивості оригінальних елементів. Наприклад, кластери із 14 атомів алюмінію показують властивості лужноземельних металів, як-от кальцію чи магнію. Кластер із 7 атомів алюмінію показує властивості атому германію, тощо. Є і складніші структури.

 

Читайте також: Ростислав Білий: «Медицина майбутнього буде персоналізованою»

 

Науковці із Колумбійського університету та Італійського Інституту Технологій розробили перший двовимірний напівровідниковий матеріал, що складається із суператомів. Перспективними для створення 2D-кристалів є матеріали, що складаються із атомних шарів, об’єднаних слабкими зв’язками. Перший двовимірний кристал, графен, відкрили у 2004 році, і він якраз виглядає як один шар атомів вуглецю, відокремлений від графіту. Двовимірні кристали, товщиною в кілька атомних шарів, показують цікаві властивості. Графен та борофен, що складається із моношару атомів бору, найміцніші матеріали на розрив серед існуючих. Електрони в графені описуються рівнянням Дірака, тобто ведуть себе схожим чином до безмасових фотонів. Максени, отримані американським науковцем українського походження Юрієм Гогоці, використовують для створення суперконденсаторів через їхню велику ємність.

 

Досліджуючи рідкісний матеріал Re₆Se₈Cl₂, науковці помітили, що він також складається із шарів, проте значно складніших, ніж той же графіт. Замість атомів у вузлах шарів розташувалися атомні кластери, вищезгадані суператоми. За допомогою скотчу вдалося відокремити шматок матеріалу товщиною 15 нм. До речі, звичайний скотч є поширеним науковим інструментом в дослідженні двовимірних кристалів, графен спершу було отримано саме так. Автори дослідження сподіваються, що сконструйований ними матеріал відкриє нову сторінку у вивченні 2D-кристалів, адже ця сфера науки ще дуже молода.

 

Результати дослідження опубліковані в журналі Nano Letters.

 

Цивільна наука і наднова. Цивільна наука – це залучення до наукових досліджень громадян, які роблять спостереження або обробляють наукові дані. Проектів цивільної науки чимало. Комп’ютерна гра FoldIt дозволяє усім бажаючим спробувати свої сили у конструюванні білків, дуже складних структур. У грі Eve Online гравці можуть спробувати свої сили в аналізі даних з пошуку екзопланет. Багато проектів долучають комп’ютери громадян до обробки великих даних. А астрономи-любителі іноді знаходять рідкісні космічні явища, що оминули телескопи професійних астрономів.

 

Читайте також: Нагодувати 9 мільярдів

 

У 2016 році Віктор Бузо тестував нову камеру, поєднуючи її із телескопом. Він спостерігав за галактикою NGC 613, віддаленою на 80 млн.світлових років. На знімках астроном побачив яскраву пляму, що з’явилася нізвідки. Він віддав світлини професіоналам і виявилося, що ця пляма – спалах наднової зірки. Так астрономи дістали унікальні дані про перші хвилини вибуху зірки. Передбачити вибух неможливо, він може відбутися і в цю мить, і протягом тисяч або мільйонів років. Тому світлини Бузо викликали інтерес у професійному середовищі.

 

Маса зірки SN 2016gkg становила 20 мас Сонця, після вибуху вона «схудла» до усього 5 мас. Раннє спостереження допомогло встановити структуру зовнішніх шарів зірки та побудувати гідродинамічну модель вибуху.

 

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature.

 

Біологія

 

Вакцина проти раку. Медична школа Стенфордського університету випустила прес-реліз щодо створення вакцини, здатної знищувати навіть найменші ракові метастази. Група під керівництвом онколога Рона Леві вживляла мишам ракові клітини і чекала, поки ті розвинуться у пухлини. Усього було протестовано антиракові властивості 20 молекул, серед яких антитіла, які вводили у мишей.

 

Комбінація із фрагменту ДНК CpG (тобто цитозіну та гуаніну, об’єднаних фосфатом) та антитіла OX40 дала найкращі результати – за 10 днів зникли вживлені у мишей пухлини, а утворені від них метастази перестали існувати через 20 днів. Фрагмент ДНК стимулює дендритні клітини, які провокують контратаку проти пухлин. А білок OX40 провокує утворення T-лімфоцитів, клітин, що відповідають за імунітет.

 

Наразі дослідники запустили клінічні випробування на хворих людях. Їхні результати опубліковані у журналі Science Translational Medicine

 

Миша із відміченими пухлинами. Джерело: журнал Science Translational Medicine

Штучні клітини проти раку. Наукова група із ізраїльського Техніону пропонує інший підхід до лікування раку – вживлення у пухлини синтетичних клітин, що продукують білки, здатні пригнічувати пухлин. Синтетична клітина в даному випадку – це штучні везикули (органели, які клітини використовують для транспорту і збереження поживних речовин), що мають все необхідне для синтезу білків. Клітина отримує необхідні поживні речовини із оточуючого середовища, а саме із ракової пухлини. Її активність моніториться завдяки зеленим флуоресцентним білкам, які клітина також виробляє.  

 

Так як штучні клітини можуть виробляти велику кількість різноманітних білків, в залежності від цілей лікарів, дослідники сподіваються, що їхній метод стане важливою частиною персоналізованої медицини. Коли білки будуть підбиратися індивідуально під кожного пацієнта.

 

Дослідження опубліковане у журналі Advanced Healthcare Materials

 

Як бактерії стають супербактеріями. Рік тому у США померла 70-річна жінка, уражена супербактерією Klebsiella pneumoniae. У жінки сталося зараження крові, а жоден із 26 використаних для лікування антибіотиків, включаючи колістін – «ядерну зброю» проти бактерій – не допоміг. Супербактерії стійкі до декількох антибіотиків одночасно, і викликані їми хвороби важко піддаються лікуванню. Цілком може статися, що через деякий час існуючі антибіотики стануть безпорадними до мутуючих бактерій.

 

Читайте також: Шлях до мрії завдовжки 40 років

 

Дослідники із Університету штату Каліфорнія виявили яким чином ацинетобактерії, що спричиняють харчові отруєння, передають резистентність до антибіотиків. Вони вперше спостерігали у цих бактерій горизонтальний переніс генів, спосіб, завдяки якому бактерії обмінюються генетичним матеріалом.

 

Вони розмістили поряд хижих ацинетобактерій та їхню здобич, бактерії кишкової палички. Резистивні до антибіотиків гени кишкової палички підсвітили зеленим флуоресцентним білком. Коли ацинетобактерії вбивали своїх жертв, завдяки горизонтальному переносу генів вони також здобували антиантибіотівські гени і починали світитися зеленим. А потім вони швидко розмножувалися. Науковці побудували модель переносу цих генів і сподіваються, що вона допоможе краще розуміти умови, за яких розповсюджуються резистивні до антибіотиків бактерії, щоб зарадити цьому.

 

Дослідження опубліковане в журналі eLife