⏰ Каждый понедельник мы собираем несколько новостей из мира науки и рассказываем о них. В новом ролике вы узнаете о самом ожидаемом релизе в мире ИИ - GPT-4, как отследить белки внутри клетки, у кого самый длинных хвост и чем ещё можно лечить ВИЧ? Не упустите возможность узнать о последних научных достижениях - смотрите выпуск научно-популярных новостей на QWERTY прямо сейчас!
(Все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Содержание ролика:
00: 15 Вышла GPT-4
03: 01 Самый точный метод отслеживания белков в клетках.
05: 44 Самый длинный вирусный хвост.
08: 10 Излечение от ВИЧ по новому сценарию.
10: 36 Лучшая новость предыдущего выпуска.
Вышла GPT-4.
Не успели мы привыкнуть к GPT3.5 и ChatGPT, как OpenAI представила GPT4 - улучшенную генеративную языковую модель. К сожалению, мы не знаем основных технических подробностей про архитектуру, про процесс обучения, про датасеты и так далее. Знаем, что в бенчмарках она поставила ряд рекордов, но это и логично. Что теперь она гораздо лучше работать с некоторыми языками, отличными от английского. Что её обучение завершено в августе 22, т.е. она явно имеет более свежие знания, чем ChatGPT. Заодно нас убедили, в том, что это крайне безопасная модель: она не поможет сконструировать бомбу или сварить психоактивные вещества, да и с инфобезом и конфиденциальностью там всё хорошо. Плюс она ещё более этична, чем предыдущие версии. Одна из крутых новинок - модель способна анализировать изображения и вести диалог, учитывая эти данные. Например, объяснить, что именно не так с этой картинкой. Крышнесносный пример с презентации был такой: буквально в блокнотике человек накидал концепт веб-сайта с шутками, сфотографировал его и скормил четвёрке. В результате модель написала работающий сайт, нужно было только вставить код в редактор. Вызывает неподдельное уважение то, что GPT4 стала ещё лучше сдавать экзамены, здесь зелёным изображен прирост эффективности по сравнению с 3.5.
К примеру химию и статистику, которые раньше сдавались на троечку, модель теперь сдаёт практически так же высоко, как психологию и историю искусств, с которыми и раньше-то проблем не было. А скачок по алгебре - вообще с нуля до 40%. Модель явно способна к преподаванию и репетиторству. К тому же в сети есть пример, где модель настроили так, что она не давала прямых ответов ученику, а подталкивала его к поиску ответа. GPT4 уже работает в некоторых сервисах, вроде bing, но широкой публике пока недоступна, если у вас нет подписки ChatGPT Plus.
Самый точный метод отслеживания белков в клетках.
В наших клетках работают маленькие грузчики - транспортные белки кинезины. Они захватывают и транспортируют вещества, буквально шагая по цитоскелетным трубочкам. В видео вы можете посмотреть как это выглядит при моделировании, настоящие молекулярные машины, получающие энергию из АТФ. Но как мы можем знать, что этот мультик вообще верен. На таких нанометровых разрешениях не работают обычные световые микроскопы - они просто не могут видеть объекты меньшие, чем длина волны, из-за дифракционного предела.
Атомно-силовые микроскопы не могут работать с живым материалом, а мы же хотим разглядеть кинезин в живой клетке. Поэтому нужно идти на ухищрения и использовать так называемую флуоресцентную микроскопию высокого разрешения. Такие микроскопы называют наноскопами, понятно, за какие заслуги. И они работают с живыми клетками, позволяя рассматривать белки в 20 нанометров и даже меньше. Принцип его работы был основан на поиске минимума флуоресценции. При этом в интересующем оператора белке высвечивают кольцеобразным пучком света молекулу-флуорофор. В одних местах этого пучка - в центре - она не флуоресцирует, а в других наоборот. После многократных смещений молекулы и пучка света можно выстроить карту перемещений и определить расположение объекта. Собственно вот примерно таким наноскопом под названием MINFLUX и исследовали молекулы кинезина-1 в раковых клетках людей и в мышиных нейронах. Метод позволил добиться беспрецедентного разрешения в 4 нанометра в одном случае и в 0, 6 нанометра в другом и записать уникальные видео. Для фиксирования положения молекулы требовалось всего лишь 20 фотонов. Кроме того было сделано несколько открытий. Первое. Кинезин-1 мог шагать не только по трубочкам, но и переходить на соседние, если что-то мешало его передвижению. Второе. Выяснили длину его шагов, но здесь были нюансы. В одном из исследований кинезин шагал несимметрично, некоторые шаги были на 6 нанометров, а некоторые аж на 10. Оказалось, что это происходит из-за того, что флуоресцентная метка, нужная для отслеживания, была прикреплена к одной из ножек-спиралей. Она влияла на весь стебель и на фиксируемую длину шагов. Если бы не это, то шаги были равномерными в 8 нанометров, что и показали, в тесте с метками на обеих спиралях. Хотя также существуют и большие 16-нанометровые шаги, но более редкие. Третье. Удалось выяснить, в какой момент происходит связывание молекулы АТФ с кинезином, оказывается, это происходит только тогда, когда кинезин держится за трубочку только одной ножкой, ну или скорее головкой.
Но самое главное - это всё же апробация самого точного на данный момент метода по отслеживанию перемещения белковых молекул в живых клетках, с разрешением менее нанометра. Сам кинезин тоже можно поизучать, ведь мутации в нём ведут к возникновению разных заболеваний, поэтому знания о нём помогут с ними бороться.
Самый длинный вирусный хвост.
А сейчас я познакомлю вас с эволюционным чудом. Это вирус, а точнее бактериофаг, с очень длинным хвостом. Его и прозвали соответствующе - Рапунцель.
Проживает он в горячих источниках и охотится на местных бактерий, одних из наиболее устойчивых к адским условиям. Как работают фаги, вы уже наверняка знаете. Это очень распространённая форма не-жизни, существующая везде, где есть бактерии. В отличие от вирусов, поражающих животных, в теле фагов не одно отделение, а два - оболочка с ДНК и хвост.
Хвосты у фагов не менее разнообразны, чем наши причёски. Но в основном у них достаточно короткие и жёсткие хвосты.
Но у Рапунцель хвост просто гигантский, раз в 10 больше, чем обычно. Он достигает почти 1 микрометра в длину, что сопоставимо с диаметром нити паутины. Так как хвосты нужны, чтобы проникать в бактерии, то монструозный хвост Рапунцель помогает разбираться с самыми крутыми бактериями.
Заодно этот хвост помогает Рапунцель выживать в экстремальных условиях с температурой до 170 градусов. И не спрашивайте, как глагол "выживать" относится к неживому фагу, но спросите - как хвост помогает?
Учёные определили что хвост состоит из маленьких строительных блоков - белков, соединяющихся в длинную полую трубку. Что интересно, эти блоки могут менять свою форму, когда они присоединяются к другому блоку. Это очень важно, потому что позволяет избегать ошибок во время сборки. Крио-электронная микроскопия позволила в деталях разглядеть строение и работу таких белков. Механизм соединения очень напоминает шарнирный механизм, но в то же время хвост собирается из белковых колец, оставляющих внутри полость.
Исследователи заявили, что ближайшая аналогия тут - это Лего. Но только пока деталька не присоединилась, её выемки закрыты. Поэтому процесс самосборки саморегулируется.
Также количество типов белков, из которых состоит хвост, меньше, чем обычно у фагов, примерно вполовину. Учёные считают, что некий древний вирус спаял несколько разных белков в один, да так и оставил.
А ведь если пару-тройку деталек лего, составленных вместе, заменить на цельную деталь аналогичной формы, то она явно будет прочнее. То есть хвост из более крупных и более устойчивых блоков и делает вирус более устойчивым к высоким температурам.
Излечение от ВИЧ по новому сценарию.
Кажется, появляется новый способ избавления от ВИЧ. Описали новый случай излечения у пациентки, как она сама заявляет, смешанного происхождения, после переливания пуповинной крови с особой мутацией. Окрестили женщину нью-йоркским пациентом.
С 2017 года она живёт без вируса. Её случай отличается от трёх других известных случаев излечения от ВИЧ тем, что в нём использовалась не трансплантация костного мозга с мутацией CCR5-дельта32, защищающей владельца от ВИЧ, а переливание пуповинной крови от младенца с такой же мутацией.
Согласитесь, чем пересаживать костный мозг, предварительно убивая остатки собственного иммунитета пациента, гораздо безопаснее перелить кровь, содержащую нужные стволовые клетки. А пуповинная кровь как раз ими и богата. Ещё один нюанс в том, что предыдущие пациенты были белыми, а нью-йоркская пациентка - смешанной расы.
Это важно, поскольку для ВИЧ-инфицированных людей неевропеоидной расы достаточно сложно находить подходящих взрослых доноров. А с пуповинной кровью процесс будет гораздо легче.
Нужен только достаточно обширный скрининг младенцев на предмет мутаций, защищающих от ВИЧ. Собственно пересадка костного мозга с такой мутацией как раз и нужна, чтобы у пациента начали вырабатываться здоровые лимфоциты. Да, у всех четырёх пациентов вдобавок к ВИЧ был рак крови, при котором нужна пересадка.
Взрослого донора костного мозга нью-йоркской пациентке найти было бы почти нереально, но в банке крови нашлись пять подходящих образцов пуповинной крови с мутацией CCR5-Δ32. В 2017 году пациентке влили пуповинную кровь вместе со стволовыми клетками её родственника и назначили иммуносупрессивную терапию, чтобы не было отторжения. Уже к 14 неделе все пересаженные клетки прижились и начали работать. Стволовые клетки от донора-родственника были нужны, потому что в пуповинной крови не так много клеток, и процесс заселения организма лимфоцитами только с такой кровью занимает слишком много времени.
В итоге и ВИЧ, и лейкемия у пациентки отступили, и вот уже 4 года она живёт без ВИЧ. 37 месяцев после переливания она ещё принимала антиретровирусную терапию, но потом отказалась от неё, а ВИЧ за ещё 30 месяцев так и не вернулся. Так что этот метод позволяет не искать взрослых доноров костного мозга и применим к неевропеоидным расам, хотя всё ещё применим не так широко, как хотелось бы.