По-настоящему прорывные исследования в науке редкость. Революционные работы, переворачивающие представления о мире, вообще единичны — хотя в наши дни за них обещают огромные деньги. О тайнах тысячелетия, которые ждут своего часа, — в материале РИА Новости.
Замедлить cтарение
В чашке Петри человеческие клетки погибают примерно после 50 делений. Приближаясь к этой границе, они перестают реагировать на внешние раздражители (например, стимуляцию инсулином), уменьшаются в размерах, в межклеточном пространстве сокращается количество вещества — проще говоря, клетки стареют.
В этом виноваты теломеры — небольшие "насадки" на концах хромосом. При делении клеток они не допускают слипания хромосом и латают те участки молекулы ДНК, которые недокопировались в процессе деления. С каждым делением теломеры становятся короче. Когда они израсходованы, клетки не могут размножаться. Граница, дальше которой деление клеток невозможно, называется пределом Хейфлика.
Это выяснили еще в 1961 году, и ученые до сих пор не понимают, как обойти предел. Некоторые считают, что решение этой задачи позволит значительно увеличить продолжительность человеческой жизни.
У такого мнения есть основания. Предел Хейфлика ограничивает только деление соматических клеток, а стволовые и раковые ему неподвластны. Дело в особом ферменте — теломеразе, поддерживающей длину теломер на постоянном уровне.
В чашке Петри человеческие клетки делятся не более 50-52 раз
Структура теломеразы известна довольно хорошо, но в разных организмах ее компоненты могут незначительно отличаться. До недавнего времени наиболее изученной считалась теломераза инфузории тетрахимены (Tetrahymena). В апреле этого года исследователи из Беркли (США) при помощи криоэлектронной микроскопии получили изображения человеческой теломеразы.
Чуть ранее их коллегам из Хьюстонского методистского исследовательского института (США) удалось обратить преждевременное старение клеток, взятых у пациентов с прогерией — редким генетическим заболеванием, при котором человек стареет слишком быстро.
Упорядочить хаос
Когда течение реки встречает препятствие, например корягу или камни, вода, пытаясь их обойти, начинает вихриться. Такой переход от ламинарного (гладкого) течения к неупорядоченному состоянию в физике называется турбулентностью. Это происходит везде, где скорости движения тел и течений газа или жидкости достаточно большие для того, чтобы не мешали силы трения.
Турбулентность неплохо изучена экспериментально, но чем именно она вызывается в жидкости и как ее контролировать, пока неясно. Уравнения Навье — Стокса, определяющие движение жидкости, очень трудно анализировать и непонятно, как решать. Математический институт Клэя включил эти уравнения в список задач тысячелетия, за решение которых обещан миллион долларов.
Возможно, с миллионом скоро придется расстаться. Международная команда ученых, возглавляемая профессором Сколковского института науки и технологий и Кембриджского университета Натальей Берловой, разработала новый математический аппарат для описания турбулентных движений внутри сверхтекучих жидкостей.
Решение проблемы турбулентности для всех видов жидкостей позволит глубже понять многие природные явления, улучшить предсказания погоды, создать энергоэффективные автомобили.
Проще решить или проверить
Еще одна математическая задача на миллион — о равенстве классов сложности P и NP (теорема Кука — Левина).
Класс P — это задачи, которые решаются относительно быстро, а класс NP — задачи, решаемые методом перебора. В них нужно найти объект, удовлетворяющий определенным условиям. Причем кандидатов на ответ бывает много, поэтому такие задачи решаются дольше. Если P равно NP, получается, что все переборные задачи можно решить быстро.
Теорема о равенстве классов сложности P и NP сформулирована в 1971 году, но до сих пор не доказана. Между тем она важна для специалистов, занимающихся криптографией и шифрованием данных. Если окажется, что есть быстрый способ решения переборных задач, то современная технология криптографии с открытым ключом рухнет.
Впрочем, опрос математиков показал, что большинство считает эти классы неравными, — следовательно, теорема недоказуема. Другие полагают, что если доказательство существует, то оно способно изменить наши представления о физике.
Разгадать тайну белка
Расшифровка механизмов и принципов фолдинга белка даст мощный толчок сразу нескольким областям науки: от биологии и медицины до материаловедения и физики, утверждают в журнале Science.
Фолдинг белка — это спонтанное сворачивание последовательности аминокислот, из которых он состоит, в строго определенную форму. Сразу после синтеза в клетке белок выглядит как тонкая и длинная молекулярная цепочка. Затем она складывается строго определенным образом. Откуда белок "знает", как ему складываться и почему это происходит так быстро, — вот в чем вопрос.
Выявив определяющие механизмы и скрытые принципы фолдинга белка, по последовательности аминокислот можно предсказывать его структуру. С алгоритмом укладки некоторых относительно простых белков исследователи уже разобрались. Научиться прогнозировать конечную форму сложных многодоменных белков по последовательности аминокислот только еще предстоит.
Биолог Кен Дилл из Университета Стоуни-Брук (США) отмечает, что даже первые попытки объяснить фолдинг белков привели к значимым результатам в смежных науках. Разработаны новые искусственные полимерные материалы, стали более понятны диабет второго типа, болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, в которых ключевую роль играет неправильная укладка белков.
Ученые до сих пор не разобрались в механизмах фолдинга белка
