Десять главных технологических достижений России в 2020 году

Российским ученым по итогам уходящего года есть что рассказать по части достижений – как во многих земных дисциплинах, так и в астрофизике и астрономии. Главным же научным результатом года, стоящим особняком, вне всяких рейтингов, следует назвать создание вакцины от коронавируса SARS-CoV-2.

Как только разразилась коронавирусная пандемия, специалисты в нескольких российских научных организациях начали разрабатывать вакцину от этой заразы. Первые прототипы вакцины были созданы Национальным исследовательским центром эпидемиологии и микробиологии имени Гамалеи и Государственным научным центром "Вектор". В августе, после успешных испытаний на животных, а затем на добровольцах, Минздрав зарегистрировал первую в мире вакцину от коронавируса центра Гамалеи. Она получила название "Спутник V".

Вакцина "Спутник V" - так называемая векторная. Вектором называется вирус, лишенный способности размножаться, и используемый для доставки в живые клетки генетического материала из того вируса, против которого делается вакцина. Ученые Центра Гамалеи извлекли фрагмент генетического материала коронавируса SARS-CoV-2, кодирующий информацию о структуре вирусного S-белка, формирующего "корону" вируса и отвечающего за его связывание с клетками человека. Этот генетический материал они вставили в аденовирусный вектор для доставки в человеческие клетки, тем самым создав вакцину против SARS-CoV-2. Генетический фрагмент из коронавируса безопасен для организма, но он заставляет иммунную систему реагировать и вырабатывать антитела, которые защищают привитого человека от инфекции.

Чтобы обеспечить длительный иммунитет, ученые предложили использовать два разных типа аденовирусных векторов для первой и второй вакцинации, усиливая действие вакцины. Именно использование двух векторов стало уникальной технологией Центра Гамалеи, отличающей "Спутник V" от других разрабатываемых в мире вакцин от SARS-CoV-2 на базе аденовирусных векторов.

В сентябре начались пострегистрационные исследования "Спутника V", которые показали эффективность вакцины на уровне выше 95%. Заявки на приобретение этой вакцины уже поступили от более чем 50 стран.

В середине октября была зарегистрирована и вторая российская вакцина, разработанная центром "Вектор". Она получила название "ЭпиВакКорона". В ноябре "Вектор" начал пострегистрационные испытания, в том числе на добровольцах старше 60 лет. Эта вакцина создана на основе трех синтетических пептидов SARS-CoV-2. Пептиды — это короткие фрагменты белков, на которые формируется иммунный ответ организма. Пептидную платформу для вакцин "Вектор" разрабатывает свыше 20 лет — она уже использовалась при создании вакцины от лихорадки Эбола.

Сейчас в России на подходе еще одна вакцина от Центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени Чумакова РАН. Это так называемая цельновирионная вакцина - в ее основе используется вирус SARS-CoV-2, который специально обработан так, что лишился своих инфекционных свойств, но при этом сохраняет способность вызывать иммунную реакцию.

Но этими тремя разработками палитра всех возможных вакцин не исчерпывается. Смысл создания и других в том, чтобы иметь набор вакцин, которые можно было бы с наибольшей эффективностью применять в разных группах населения в зависимости от медицинских показаний.

Поэтому ряд иных крупных научных центров и вузов занимаются созданием собственных вакцин. Так, на базе биологического факультета МГУ имени Ломоносова разрабатывается прототип поливалентной вакцины, то есть такой, которая бы работала в отношении широкого спектра коронавирусов. Биологи МГУ на основе вирусов растений создали несколько прототипов поливалентной вакцины против вирусов, вызывающих инфекции COVID-19, SARS, MERS, и коронавирусов летучих мышей, способных преодолеть межвидовой барьер с человеком. В Институте биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова создается вакцина на основе вирусоподобных частиц с использованием так называемых рекомбинантных фрагментов белков коронавируса.

А в Институте экспериментальной медицины (ИЭМ) в Санкт-Петербурге придумали так называемую мукозальную вакцину. Ее разработчики методами генной инженерии встроили S-белок коронавируса в ворсинки на поверхности микробов-пробиотиков. В результате получились бактерии с иммуногенным белком вируса на поверхности. Такую вакцину можно будет вводить в организм в виде кисломолочного продукта – например, в качестве йогурта. В декабре ИЭМ сообщил, что у подопытных животных, получавших такой йогурт, сформировался очень хороший иммунитет к SARS-CoV-2 - специфические антитела обнаружены на слизистых оболочках и в крови.

Также российские ученые с самого начала пандемии включились в создание препаратов для лечения коронавирусной инфекции и тест-систем для ее обнаружения.

Все небо в телескопе

Историческое событие для астрофизики последних лет произошло в нынешнем году - российская космическая обсерватория "Спектр-РГ" впервые с рекордной четкостью осмотрела все небо в рентгеновском диапазоне. Первый обзор неба "Спектром-РГ" позволил построить карту, содержащую почти в 10 раз больше источников и в четыре раза более чувствительную, чем бывшая лучшей в мире до этого карта немецкой орбитальной обсерватории ROSAT, полученная в 1990 году.

Карта, созданная с помощью "Спектра-РГ", уже подарила ученым большой сюрприз: они обнаружили неизвестную ранее огромную округлую структуру ниже плоскости нашей галактики - Млечного Пути, занимающую существенную часть южного неба. Подобная структура на северном небе, так называемый Северный Полярный Шпур, была известна давно. Долгие годы считалось, что она возникла вследствие взрыва близкой к Солнцу сверхновой звезды десятки или сотни тысяч лет назад.

Но взятые вместе северная и южная структуры на карте напоминают ореол в форме песочных часов, достаточно симметричный относительно центра Млечного Пути. Ученые полагают, что структуры являются следами ударных волн, вызванных мощнейшим выбросом энергии из центральной части галактики.

Термоядерное доказательство

Ученые Национального исследовательского центра "Курчатовский институт", Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ имени Ломоносова, физического факультета МГУ, Национального исследовательского ядерного университета МИФИ и Объединенного института ядерных исследований в составе международной коллаборации "Борексино" зарегистрировали солнечные нейтрино – частицы, образующиеся на нашем светиле в процессе так называемого CNO-цикла, в котором углерод (C), азот (N) и кислород (O) превращаются друг в друга (отсюда и название цикла), "расходуя" на это водород и "производя" гелий.

Теоретически существование источника энергии звезд в CNO-цикле было предсказано несколько десятилетий назад, но сейчас впервые подтверждено экспериментально. Будущие исследования позволят лучше понимать процессы, происходящие в звездах, в частности уточнить элементный состав Солнца.

Примечательно, что до открытия CNO-цикла планировалось прекратить работу коллаборации "Борексино" в конце нынешнего года. Теперь же, не исключено, сбор данных может быть продлен.

Запуск уникального синхротрона

В конце ноября премьер-министр России Михаил Мишустин в ходе рабочего визита в подмосковную Дубну дал старт работе не имеющего аналогов в мире сверхпроводящего ускорителя – бустера, являющегося первым каскадом комплекса NICA – меганаучного проекта Объединенного института ядерных исследований.

Бустер будет ускорять пучки тяжелых ионов, а затем передавать их другому ускорителю - нуклотрону, который затем направит пучки в кольцо коллайдера NICA. Там они будут сталкиваться на околосветовых скоростях. Ввод бустера комплекса NICA дает ученым доступ к новейшим технологиям. В частности, использование пучков из этой установки позволят лечить тяжелые онкологические заболевания, решить задачи медицинской физиологии при планировании и проведении длительных космических экспедиций, поможет в тестировании микроэлектроники для космических спутников и во многих других областях.

"Вещества жизни" на Земле…

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета впервые обнаружили в горных породах бассейна Мертвого моря природные циклофосфаты — возможные предшественники фосфорсодержащих молекул, которые участвовали в формировании первичной жизни на Земле.

Фосфор — один из важнейших химических элементов, из которых строятся живые организмы: он входит в состав нуклеиновых кислот, белков, клеточных мембран. Поэтому для возникновения первичной жизни на ранних стадиях эволюции Земли были необходимы соединения фосфора, способные участвовать в химических процессах и растворяться в воде. Но фосфор в природе встречается лишь в составе достаточно инертных минералов класса фосфатов, а потому маловероятно, что они являются источником фосфора для синтеза пребиотических молекул. И для ученых пока остается загадкой, какие соединения фосфора способствовали появлению строительных блоков таких молекул, как РНК и ДНК.

Особенность же циклофосфатов состоит в том, что при разрушении их химической структуры выделяется энергия, необходимая для синтеза фосфорорганических соединений. Поэтому циклофосфаты считаются главными кандидатами на роль источника фосфора для образования "молекул жизни". По мнению авторов нынешней находки, циклофосфаты в районе Мертвого моря могли образоваться в очагах геотермальной активности и во время метеоритных бомбардировок Земли миллиарды лет назад.

…и на Марсе

А сотрудники факультета почвоведения МГУ впервые нашли условия, при которых микробы могли бы выжить на поверхности Марса.

Авторы работы исходили из того, что одним из главных барьеров для развития земных микроорганизмов в условиях больших перепадов температур на Марсе является дефицит жидкой воды. Но ранее марсианские миссии позволили установить, что в реголите (продукт космического выветривания породы) красной планеты присутствуют перхлораты – соли хлорной кислоты. По мнению специалистов, перхлораты могут способствовать образованию и сохранению жидкой воды на Марсе, так как их растворы имеют низкие температуры замерзания.

Ученые МГУ изучили влияние солей хлорной кислоты, перхлоратов, на земные аналоги гипотетических микробных сообществ Марса, и выяснили, что что высокая концентрация перхлоратов не только не приводит к гибели, а наоборот, способствует увеличению численности многих микроорганизмов. Это, по мнению исследователей, говорит в пользу возможности выживания микроорганизмов земного типа в реголите Марса.

Улучшенная химия

Специалисты Российского химико-технологического университета имени Менделеева (РХТУ) совместно с коллегами из Нижегородского государственного технического университета и Нижегородского государственного университета придумали, как улучшить, наверное, самый распространенный промышленный химический процесс - синтез аммиака.

Этот процесс остается практически неизменным с начала XX века, и по-прежнему на него расходуются громадные объемы электроэнергии. Один из самых энергозатратных его этапов - это выделение аммиака из реакционной смеси. Сейчас российские ученые предложили проводить эту стадию с помощью гибридной технологии, сочетающей возможности мембранной очистки и современных абсорбентов. В результате можно получать аммиак чистотой до 99%, затрачивая гораздо меньше энергии.

Другие ученые РХТУ совместно со специалистами Института общей химии Российской академии наук и Института элементоорганических соединений РАН синтезировали гибридные азотосодержащие вещества с высокой скоростью горения, которые могут оказаться полезными в качестве добавок к твердому ракетному топливу.

Новые вещества, обладающие одновременно и хорошей термической стабильностью, позволяют, не изменяя температуры горения, увеличивать энергетические характеристики порохов, делать их более конкурентоспособными. Другой возможный путь применения новых веществ – газогенераторы, в которых за счет быстрого выделения газа осуществляется какая-то работа, например, управление движущимся объектом в космосе.

Археология в Кремле

Ученые Института археологии Российской академии наук нашли фрагменты башни и стены столичного Новодевичьего монастыря, построенные в правление Бориса Годунова; эта важная находка позволила понять, как изменялся монастырь с момента его основания до перестройки обители царевной Софьей. В частности, стало ясно, что каменную ограду монастырь получил уже в эпоху царствования Годунова или чуть ранее, при царе Феодоре. А вот стены эпохи правления Софьи целиком новые, они стоят вне периметра XVI века, а местами заняли даже участки монастырской слободы, в том числе край Новодевичьего кладбища.

В нынешнем году продолжались археологические раскопки на территории Московского Кремля. И удалось получить результаты, существенные для прояснения истории заселения Кремлевского холма и культуры Московской Руси.

Среди новых находок - уникальная коллекция воинского снаряжения, предметов христианского культа и бытовых вещей, связанных с обиходом московской элиты XIV-XV веков. Она включает около 30 пластин от панцирного доспеха, деталь шлема, наконечники стрел, монеты великого князя Василия Дмитриевича (1389-1425), свинцовые пломбы для опечатывания товаров (в том числе западноевропейская), стиль для письма на бересте и воске редкой формы.

Кроме того, были найдены, вероятно, остатки здания Разрядного Приказа - государственного органа военного управления в XVI-XVII веках. Также археологи обнаружили следы крупного поселения времен железного века (вторая половина I тысячелетия до нашей эры - первые века нашей эры). Находки нынешнего сезона археологи показали президенту России Владимиру Путину.

А сотрудники Института археологии, работавшие в Новгородском кремле, открыли фундаменты церкви Бориса и Глеба, которая была построена во второй половине XII по заказу местного купца Сотко Сытинича, который, возможно, был прототипом героя древних былин Садко.

Скифский воин оказался "амазонкой"

Ученые из Лаборатории исторической генетики Московского физико-технического института в этом году выяснили, что подросток, останки которого были найдены в конце 1980-х годов в одном из скифских могильников на берегу Енисея, на самом деле был девушкой.

Поскольку рядом с мумией подростка в свое время были найдены чекан, лук, колчан и стрелы, то археологи долгое время считали, что это был мальчик, которого готовили стать воином. Теперь же сотрудники МФТИ с коллегами из Института материальной культуры Российской академии наук под повторно исследовали ту находку. Ученым удалось выделить ДНК из фрагментов мумии, и после комплекса тщательных исследований стало ясно, что речь идет об останках юной девушки, которая, видимо, росла и воспитывалась как молодой воин. По мнению ученых, результаты их работы позволят по-новому взглянуть на культуру и быт скифских племен и лучше узнать историю человека.

Исследователи напоминают, что во многих мифах о той эпохе, в частности у Геродота, есть упоминания об амазонках — племени женщин-воительниц, живущих на западе, на побережье Азовского и Черного морей. Но до недавнего времени не было подтверждений подобного феномена среди сибирских скифов.

Редакционная статья РИА Новости