Главные открытия биологии и медицины недели: от мышей с человеческими нейронами до нейрочипов и «семян Судного дня»

Биомедицина вступает в эпоху, когда границы между живым организмом и технологией становятся все менее заметными. За одну неделю ученые сообщили сразу о нескольких разработках, которые еще недавно выглядели сюжетами научной фантастики: создании животных с участками человеческого мозга, появлении новых материалов для нейроморфных компьютеров, развитии искусственного интеллекта в диагностике и совершенствовании технологий выращивания пищи без участия животных.

Одновременно исследователи продолжают решать более фундаментальную задачу — сохранение биологического разнообразия и продовольственной безопасности будущего. В мировых генетических банках проверяют, какие культуры способны пережить десятилетия хранения, чтобы человечество имело запас на случай глобальных кризисов.

Мыши с человеческим участком мозга: новый инструмент для изучения заболеваний

Одним из самых обсуждаемых научных событий недели стал эксперимент ученых Стэнфордского университета, которые создали мышей с крупным участком человеческой нервной ткани в головном мозге.

Исследователи использовали генетически модифицированных животных, которые рождались без собственной коры головного мозга и гиппокампа — областей, отвечающих за обработку информации, обучение и память. Освободившееся пространство позволило ученым пересадить туда клетки человеческого происхождения.

Для эксперимента использовали органоиды — трехмерные клеточные структуры, выращенные в лаборатории из человеческих клеток. Их получили из клеток кожи доноров, которые затем перепрограммировали в нервную ткань. После введения мышам около 100 тысяч клеток в раннем возрасте они постепенно развились в сложную структуру.

Через несколько месяцев в мозге животных сформировалась ткань, содержащая примерно четыре миллиона человеческих клеток. По оценкам исследователей, она заняла значительную часть объема мозга мыши. При этом человеческие нейроны не существовали изолированно: они получили кровоснабжение от организма животного и начали взаимодействовать с нервной системой хозяина.

Особый интерес ученых вызвало обнаружение редких нейронов фон Экономо. Эти крупные нервные клетки встречаются у людей и некоторых приматов и связаны с социальным поведением и обработкой сложной информации. При этом они особенно уязвимы при некоторых формах нейродегенеративных заболеваний, включая лобно-височную деменцию.

Эксперимент открывает новые возможности для изучения болезней мозга, которые трудно исследовать непосредственно у человека. Однако подобные исследования неизбежно вызывают этические вопросы: где проходит граница между животной моделью и организмом с человеческими особенностями?

Ученые подчеркивают, что такие эксперименты проходят строгий контроль, а главная цель подобных работ — создание более точных моделей заболеваний и поиск новых методов лечения.

«Семена Судного дня»: какие растения смогут пережить десятилетия хранения

Пока одни ученые работают с будущим медицины, другие занимаются сохранением основы человеческого существования — продовольственных культур.

Исследователи изучили тысячи партий семян, хранящихся в Австралийском банке генов, чтобы определить, какие растения способны сохранять жизнеспособность спустя десятилетия.

В исследовании проверили 3861 образец шести важных сельскохозяйственных культур: сорго, фасоли, маша, сои, голубиного гороха и фасоли адзуки.

Наиболее устойчивыми оказались маш и сорго. В отдельных партиях маша даже после 45 лет хранения сохранялось около 90% жизнеспособных семян. Это делает культуру особенно ценной для долгосрочного сохранения генетического материала.

Однако результаты показали и обратную сторону проблемы: не все растения ведут себя одинаково. Некоторые культуры теряют способность к прорастанию значительно быстрее, чем предполагали ученые ранее. Например, для фасоли адзуки расчетный срок сохранения жизнеспособности оказался около 17 лет.

Генетические банки по всему миру создаются как своеобразная «страховка цивилизации». Они хранят тысячи разновидностей растений, которые могут понадобиться для восстановления сельского хозяйства после природных катастроф, изменения климата или новых угроз для урожая.

Новое исследование показывает: просто положить семена в хранилище недостаточно. Необходимы регулярные проверки и обновление запасов.

Искусственный мозг в микросхеме: ученые создают электронику нового поколения

Еще одно направление современной науки — попытка перенести принципы работы человеческого мозга в компьютерные технологии.

Инженеры из Сучжоуского университета науки и технологий разработали искусственный синапс — элемент, который имитирует работу соединения между нервными клетками.

В отличие от традиционных электронных компонентов, такой материал был создан с использованием жидких чернил и печати при комнатной температуре. Получившаяся структура способна менять свою проводимость под воздействием электрических сигналов и сохранять информацию — примерно так же, как это делают биологические синапсы.

Система работает чрезвычайно быстро: время переключения составляет около 26 наносекунд.

Интерес к нейроморфным технологиям связан с особенностями человеческого мозга. Несмотря на огромные вычислительные возможности, мозг потребляет относительно мало энергии. Миллиарды нейронов одновременно участвуют и в обработке, и в хранении информации.

Современные компьютеры работают иначе: данные перемещаются между процессором и памятью, что требует дополнительных затрат энергии. Создание искусственных синапсов может помочь разработать более экономичные системы искусственного интеллекта.

Еще одна особенность новой технологии — возможность растворения материала после использования. Это может иметь значение для создания временной электроники, экологичных сенсоров и медицинских устройств.

Российский искусственный интеллект помогает врачам искать заболевания

Развитие искусственного интеллекта постепенно меняет и практическую медицину. На Международном фестивале молодежи в Екатеринбурге представили российскую систему CervixScreen AI, созданную для помощи врачам-гинекологам.

Главная задача технологии — ускорить анализ результатов исследований шейки матки. Сегодня врач-цитолог должен вручную изучать большое количество клеток под микроскопом, однако человеческое внимание ограничено, и даже опытный специалист может столкнуться с трудностями при анализе большого объема материала.

Нейросеть способна просматривать весь образец и выделять клетки, которые могут иметь признаки патологических изменений.

По данным разработчиков, если традиционный анализ занимает несколько дней, система способна подготовить предварительный результат примерно за несколько минут.

Кроме анализа мазков, комплекс также работает с изображениями слизистой оболочки, выявляя возможные отклонения.

Сейчас технология проходит этапы тестирования совместно с научными организациями. Подобные системы не заменяют врача, а становятся инструментом, который помогает быстрее находить потенциально опасные изменения и повышать точность диагностики.

Мясо без животных: клеточное сельское хозяйство выходит из лабораторий

Еще несколько лет назад выращенное в лаборатории мясо считалось исключительно экспериментальной технологией. Сегодня методы клеточного сельского хозяйства постепенно становятся частью образовательных программ и подготовки специалистов.

На Международном фестивале молодежи специалисты показали, как можно получить мясной продукт с помощью стволовых клеток и питательной среды.

Процесс начинается с клеток животного происхождения, которые помещают в специальный биореактор. Там при контролируемых условиях они размножаются и формируют ткань.

Главная идея технологии — получить мясной продукт без выращивания и забоя большого количества животных.

Развитие этого направления связано сразу с несколькими задачами: поиском новых источников белка, снижением нагрузки на сельское хозяйство и подготовкой специалистов для будущей биотехнологической промышленности.

Пока клеточное мясо остается сложной и дорогостоящей технологией, но университетские лаборатории и образовательные центры уже начинают готовить специалистов, которые будут работать в этой сфере.

Биология будущего: человек, машина и природа

Главные научные события недели показывают несколько ключевых тенденций современной биологии.

Ученые стремятся лучше понять человеческий организм, создавая новые модели мозга и используя искусственный интеллект в медицине. Одновременно развиваются технологии, которые объединяют биологию и инженерное дело — от нейроморфных микрочипов до выращивания тканей в лаборатории.

Но рядом с высокими технологиями остаются и фундаментальные задачи: сохранить растения, необходимые человечеству для будущего.

Современная биология развивается сразу в нескольких направлениях — от микроскопических клеточных структур до глобальных систем хранения генетического разнообразия. И каждое новое открытие приближает ученых к ответу на один из главных вопросов XXI века: как сохранить здоровье, ресурсы и устойчивость цивилизации в меняющемся мире.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что учёные увидели, как клетка ремонтирует разрывы ДНК внутри хроматина