Нобелевская премия 2024: от физиков, без работ которых был бы неевозможен ChatGPT до корейской писательницы Хан Ган

Медицина и физиология

Исследования микроРНК, которые позволяют бороться с раком и болезнью Альцгеймера

За что в этом году дали Нобелевскую премию по медицине?

Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): В этом году Нобелевская премия была выдана двум американским ученым: Виктору Эмбросу и Гэри Равкану за открытие микроРНК (miR).

Что это такое? Мы помним из школьной программы, что рибонуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) — это макромолекулы, которые хранят, переносят и реализуют информацию. Какое их функциональное отличие? Если ДНК хранит информацию, то РНК ее прочитывает, служит некоторым посредником между ДНК и белками, которые отвечают за функционирование нашего организма.

Долгое время молекулы РНК считались всего лишь переносчиками информации, матрицами для синтеза белков и пептидов. Однако в 1993 году были открыты те самые микроРНК, за которые сейчас дана Нобелевская премия. После этого ученым стало понятно, что РНК может не только передавать информацию, но и влиять на сам синтез ДНК и экспрессию (то есть выработку, — прим. Собака.ru) тех или иных генов, индукцию белков. А стало быть и на жизнь всего организма.

МикроРНК были впервые обнаружены в нематодах Caenorhabditis elegans — это такие круглые черви. Первоначально казалось, что это редкие, специфические молекулы, присущие определенным организмам, однако теперь известно, что они встречаются не только у червей, но и у растений, животных, человека и даже у вирусов, регулируя активность генов у этих организмов.

Научный мир сразу осознал значение этого открытия?

Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): Нет, с 1993-го до примерно начала 2000-х на открытие Эмброса и Равкана почти не обращали внимания. За это время было открыто очень ограниченное количество различных микроРНК. Однако с началом эпохи геномики, с появлением новых методов исследования все изменилось — сейчас нам известно порядка 2 тысяч таких молекул.

Какие последствия сейчас имеет это открытие?

Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): Сегодня нам известны две условные группы микроРНК: циркулирующие и внутриклеточные. Первые находятся в крови и других жидкостях организма, по наличию определенных miR в биологических жидкостях (сокращение от microRNA) мы можем судить о наличии определенных заболеваний, то есть использовать их в диагностике.

К примеру, при раке легких и груди можно заметить специфический уровень определенных микроРНК (таких как miR-21, miR-93) в плазме крови. Почему это происходит — дело в том, что микроРНК на фоновом уровне находятся и в здоровом организме. Однако в случае появления злокачественной опухоли — которая представляет собой не что иное, как неадекватно быстрое деление клеток какой-то ткани — наблюдается аберрантное состояние и уровень микроРНК. Клеток становится больше, микроРНК из них активнее попадают в кровь, и это служит хорошим маркером того, что пациенту необходимо лечение. 

Еще один тип микроРНК — внутриклеточный. Эти молекулы можно использовать для лечения болезней. Дело в том, что микроРНК неслучайно называют именно так — они очень короткие. В них всего около 20 нуклеотидов, в то время как обычная РНК может включать несколько тысяч. В результате микроРНК не способны перенести информацию, но способны регулировать экспрессию генов, в том числе подавлять ее. Объясню, как это работает на примере онкологии. 

В каждой нашей клетке работает порядка 20–30 тысяч генов, которые кодируют определенные белки. Некоторые из этих генов в ходе естественных (случайных) или индуцированных (будь то курение, вредная работа, радиация и что угодно) мутаций могут приобретать свойство «злокачественности», то есть становятся онкогенами. И вот теперь благодаря открытию Эмброса, Равкана и их последователей у нас появилась возможность влиять на такие потенциально «вредные» гены. МикроРНК буквально «садятся» на них и начинают их разрушать, заглушать, останавливая синтез необходимого для развития онкопротеина (биологического маркера начала опухолевого процесса). В итоге рост опухоли замедляется или вовсе останавливается.

Насколько широко применяется это открытие?

Олег Кучур (научный сотрудник института биоорганической химии РАН и Университета ИТМО): За 31 год, прошедший с открытия микроРНК, ученые нашли множество заболеваний, на течение которых можно влиять с помощью этих молекул: от болезни Альцгеймера и заболеваний сердечно-сосудистой системы до разных форм рака и инфекционных заболеваний. 

В последние годы терапия на основе микроРНК (в том числе искусственно синтезированных) уже используются в клинической практике. С их помощью можно лечить колоректальный рак и рак молочной железы. Надеемся, что в скором времени эти методы будут внедряться и в России.

Почему это важно? Дело в том, что РНК-терапия сравнительно безопасна, она имеет намного меньше побочных эффектов, нежели химио- и радиотерапия, это связано с ее таргетностью (направленностью на определённую мишень в клетке). МикроРНК считаются достаточно безопасными для терапии, так как после связывания со своей мишенью они естественным образом разрушаются клеткой на отдельные нуклеотиды, которые живой организм использует для синтеза уже новых ДНК, РНК и други молекул.

Физика

Физические исследования, без которых невозможен современный искусственный интеллект

За что в этом году дана Нобелевская премия по физике?

Александр Бухановский, руководитель исследовательского центра «Сильный ИИ в промышленности» ИТМО: За разработку и обоснование методической базы машинного обучения — архитектуры нейронной сети и метода ее обучения, позволивших в будущем имитировать когнитивные функции человека при в задачах распознавания и классификации различных объектов. Стоит отметить, что сами ученые изначально не планировали решать задачи машинного обучения, это применение выросло уже потом, по мере развития вычислительной техники.

Кто такие Хопфилд и Хитон, получившие премию в этом году?

Александр Бухановский, руководитель исследовательского центра «Сильный ИИ в промышленности» ИТМО: Джон Хопфилд – физик, именно он предложил новую модель обработки данных, которая представляется в форме нейронной сети определенной архитектуры и умеет решать задачи выявления характерных структур в зашумленных данных, будучи обученной на эталонных образцах. 

А вот Джеффри Хинтон уже развил на ее основе метод решения задач классификации (разделения характерных объектов), для которой явное задание эталонов уже не требуется. Учитывая, что в жизни люди обычно не мыслят эталонами, а просто соотносят друг с другом сходные объекты, это позволило сделать серьезный шаг в сторону развития современного ИИ.

Что именно они сделали для развития нейросетей?

Александр Бухановский, руководитель исследовательского центра «Сильный ИИ в промышленности» ИТМО: В искусственном интеллекте нейронная сеть имеет очень слабую сакральную связь с биологией. На самом деле – это удобный (для компьютерной реализации, не для человека) механизм обработки информации, который может перестраиваться под разные задачи. Нейроны – это отдельные «кирпичики», из которых опытный специалист может построить и «сарай», и «дворец».

Ключевое достижение Хопфилда и Хинтона состоит в том, что они обосновали саму оптимальную конструкцию нейронной сети, которая может решать такие задачи обработки данных. И сделали это с позиций статистической физики, опираясь на теоретическую аналогию с явлениями магнетизма и теплового движения молекул.

То есть без их работ не было бы ChatGPT? Почему?

Александр Бухановский, руководитель исследовательского центра «Сильный ИИ в промышленности» ИТМО: В основе ChatGPT лежит генеративная сеть, которая по набору слов (вопрос) может сгенерировать наиболее релевантный им ответ. Однако в основе этого механизма как раз и заложена идея обнаружения сходных объектов (чтобы правильный ответ соответствовал корректному вопросу). Потому, несомненно, сеть Хопфилда можно считать прадедушкой ChatGPT, хотя архитектуры самих нейросетей значимо различаются.

Почему это премия именно по физике?

Александр Бухановский, руководитель исследовательского центра «Сильный ИИ в промышленности» ИТМО: Потому что сама идея сети Хопфилда основана на принципах статистической физики — организации коллективного поведения отдельных узлов сети с целью обеспечить корректный процесс обработки данных так, чтобы выявить тот или иной образец. Коллективное поведение элементов вообще является ключевым механизмом изменения свойств разнообразных систем реального мира, в различных ситуациях: от замерзания воды – до возникновения эпидемий и революций (где элементом системы является сам человек). Этим, кстати, обусловлены многие открытия, сделанные в экономике, науках о обществе и человеке именно физиками.

Химия

Предсказание пространственной структуры белков и создание искусственных протеинов

За что дали Нобелевскую премию по химии в этом году?

Лауреатами этого года стали трое ученых — американский исследователь Дэвид Бейкер и двое британцев Демис Хассабис и Джон М. Джампер. Все они занимались веществами, которые определяют функционирование всех организмов на Земле — белками. Все трое лауреатов внесли вклад в то, чтобы изучать структуру белков с помощью сложнейших компьютерных алгоритмов (в написании которых они сами принимали участие).

«Внедрение этой технологии позволяет уже сегодня искать новые лекарства и сильно экономить время и ресурсы во многих биологических и фармакологических исследованиях», — объясняет редакции Собака.ru профессор Екатерина Скорб, директор центра инфохимии Университета ИТМО.

Что именно сделали Бейкер, Джампер и Хассабис?

Дэвид Бейкер — американский биохимик. Его группа первой в мире смогла создать искусственный белок, который, как отмечает Нобелевский комитет «не был похож ни на один другой [ранее существовавший] протеин». Это вещество получило название Top7, его появление в 2003 году ознаменовало новую эру в биохимии — отныне человечество на основе данных компьютерного моделирования могло создавать протеины заданной структуры (а следовательно и свойств). 

Уже через два года команда Бейкера создала алгоритм Rosetta@home, который направлен на предсказание трехмерной структуры белков. Благодаря этому, зная состав белка (то есть то, из каких белков он состоит), ученые могут составить трехмерную модель строения белка.

«До 2000-х годов таких возможностей не было, — объясняет Собака.ru Екатерина Скорб из Университета ИТМО. — Структуру белка выясняли экспериментальным образом, его выделяли, кристаллизовали, проводили анализ, что занимало очень большое время. Однако такие исследования позволили накопить огромный массив данных, который потом позволил обучить алгоритмы вроде Rosetta@home». 

Два других лауреата — Демис Хассабис и Джон М. Джампер — работают в DeepMind. Эта компания была основана в 2010 году в Лондоне как независимый стартап в области искусственного интеллекта, а уже в 2014-м была выкуплена Google. Ими был создан алгоритм AlphaFold, который работает на базе машинного обучения и также предсказывает пространственную структуру белка по его составу.

Почему это важно?

Поскольку белки определяют работу организмов, они могут представлять угрозу для организма, если что-то в его работе пошло не так. Некоторые белки (к примеру, выделяемые вирусами или бактериями) могут быть «мишенями» для препаратов. Наконец, протеины могут сами выступать в роли лекарства.  

Именно поэтому биологам и фармацевтам важно знать, как именно строятся эти вещества, а не только из чего они состоят. «Тот факт, что теперь мы можем узнать структуру белка позволяет нам быстро реагировать на вызовы новых эпидемий и пандемий, — говорит Екатерина Скорб из Университета ИТМО. — Фактически с помощью нейросети вы можете создать цифровую модель заболевания». 

Что еще может быть сделано?

Как указывает в беседе с Собака.ru Екатерина Скорб, сейчас целью ученых, которые используют работы Бейкера, Джампера и Хассабиса является поиск инструментов не только для описания структуры белка, но для понимания того, как проходят те или иные биохимические процессы с его участием. 

«Сейчас самый большая задача, — говорит она, — сделать так, чтобы мы могли смотреть за тем, что происходит с белком, структуру, которого мы определили, в динамике».

Литература

Корейская писательница Хан Ган, автор романов «Вегетарианка» и «Человеческие поступки»

Кто такая Хан Ган?

Анна Данилина (Редактор художественной литературы группы компаний «ЛитРес»): Хан Ган — южнокорейская писательница, которая русским читателям может быть знакома по роману «Вегетарианка». В 2016-м году за этот роман Ган уже наградили Международной Букеровской премией. Так она стала первой в Южной Корее женщиной, получившей Букера. Сегодня она поставила еще один рекорд, став 18-й по счету писательницей, которой присудили Нобелевку, и навсегда вошла в историю мировой литературы.  

Любопытно, что в списках букмекеров этого года Хан Ган не вошла даже в топ-20, а значит, нобелевскому жюри удалось удивить всех заинтересованных.

О чем она пишет?

Анна Данилина (Редактор художественной литературы группы компаний «ЛитРес»): Книги Хан Ган полны размышлений о жизни и смерти, неуловимости настоящего момента, силе духа и упорстве человека перед испытаниями, коллективными травмами на фоне исторических событий и колорита родины писательницы. Текстам присуща поэтичность, философичность, психологизм и драматичность. В фокусе почти всегда маленький человек перед сложным выбором, глубина его душевных переживаний. 

Какими произведениями известна?

Анна Данилина (Редактор художественной литературы группы компаний «ЛитРес»): Самый известный, благодаря Международному Букеру, ее роман — «Вегетарианка». Однако на счету писательницы 23 произведения. Она пишет не только прозу, но и поэзию. Именно со стихотворной формы началась ее литературная карьера в юности.

Переведено ли что-то на русский язык?

Анна Данилина (Редактор художественной литературы группы компаний «ЛитРес»): На русский язык переведены две ее книги: «Вегетарианка» и «Человеческие поступки». Первая история повествует о женщине, которая после причудливого сна отказалась от мяса. Это решение проверит на прочность не только ее волю, внутренние убеждения, умение верить себе, но и отношения со всеми близкими, которые ее откровенно не понимают. Одно решение обнажит годами копившиеся друг к другу претензии.

Следом за этим романом на русский перевели «Человеческие поступки» — это социальная драма о семье, которая во время беспорядков 1980-х в небольшом корейском городке потеряла ребенка. На первый план выходят страдания от потери, переживание горя и его последствия, которые так или иначе затронут каждого причастного к трагедии. 

Кого может заинтересовать ее творчество? 

Анна Данилина (Редактор художественной литературы группы компаний «ЛитРес»): Книги Хан Ган понравятся всем, кто любит психологические романы, погружение в историю азиатских стран, размышления о месте человека в мире и темных уголках души в контексте острых социальных вопросов. 

Если резюмировать — выбор Шведской академии удивил и порадовал. Ведь за все годы работы премии с 1901 года труд женщин-писательниц часто обходили вниманием. Курс на азиатские романы продолжается и открывает перед читателями достойные имена и глубокие сюжеты. 

Напомним, лауреатом 2023 года был норвежский прозаик Юн Фоссе. В список претендентов на будущий год снова «отправляются» Джоан Роулинг, Маргарет Этвуд, Мишель Уэльбек, Харуки Мураками, Салман Рушди и даже Стивен Кинг. А пока будем читать Хан Ган и наблюдать, в какую сторону направится вектор литературных трендов в следующий раз.

Премия Мира

Японская организация Nihon Hidankyo, объединяющая жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки

Какая организация получила Премию Мира в этом году?

Nihon Hidankyo была основана в 1956 году выжившими после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки (на японском языке их называют 被爆者 или «хибакуся», то есть «люди, подвергшиеся воздействию взрыва»). Также в организацию вошли пострадавшие от ядерных испытаний в Тихом океане. В качестве официального логотипа было выбрано изображение собранного из бумаги журавлика с лозунгом «Больше никаких хибакуся».

Своими официальными целями сама организация называет: 

• Предотвращение ядерной войны и ликвидация ядерного оружия, в том числе «путем подписания международного соглашения о полном запрете и ликвидации ядерного оружия»;
• Получение от государства компенсаций за ущерб, понесенный от атомных взрывов. «Ответственность государства [Япония] за развязывание войны, которая привела к бомбардировкам, должна быть признана, — говорится на сайте организации, — компенсации должны быть выплачены». 
• Влияние на текущую политику в отношении хибакуся и на те меры поддержки, которые им адресуются.

«Судьба тех, кто пережил ад Хиросимы и Нагасаки долгое время скрывалась, — рассказывает в комментарии для Собака.ru Юлия Байер, доцент Президентской академии в Санкт-Петербурге, — Nihon Hidankyo — это люди, которые объединились с той целью, чтобы все остальное человечество знало и помнило о том, что эти атомные бомбардировки имели место быть, и чтобы предотвратить вероятность их повторения».

Насколько заметную роль она играет в Японии?

Nihon Hidankyo имеет представительства во всех 47 префектурах Японии.  Как заявляет сама организация, она выражает интересы практически всех хибакуся (по состоянию на 2016 год их насчитывалось 174 080 человек).

«Это низовое движение вскоре стало крупнейшей и наиболее представительной организацией хибакуся в Японии», — отметили в Нобелевском комитете.

Насколько оно влиятельно в мире?

Помимо продвижения интересов хибакуся внутри самой Японии, организация ставит целью также помощь тем пострадавшим от бомбардировок, кто сейчас живет в Корее или других странах. Впрочем, это даже менее заметная часть работы Nihon Hidankyo на международной арене. 

Больше организация известна благодаря пропаганде глобального отказа от ядерного оружия. 

«Nihon Hidankyo предоставила тысячи свидетельских показаний, выпустила резолюции и публичные обращения, а также ежегодно направляла делегации в Организацию Объединенных Наций и на различные мирные конференции, чтобы напомнить миру о насущной необходимости ядерного разоружения, — говорится в сообщении Нобелевского комитета. — Однажды хибакуся не будет среди нас как свидетелей истории. Но с сильной культурой памяти и постоянной приверженностью новые поколения в Японии несут вперед опыт и послание свидетелей. Они вдохновляют и просвещают людей по всему миру. Таким образом, они помогают поддерживать ядерное табу — предварительное условие мирного будущего человечества».

Экономика

Экономический ответ на вопрос «почему одни страны богатые, а другие бедные»

За что в этом году дали нобелевскую премию по экономике?

Юлия Вымятнина (Профессор Факультета экономики Европейского университета в Санкт-Петербурге): Нобелевскую премию по экономике (на самом деле она называется Шведского национального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля) дали в этом году «за исследования того, как формируются институты и как они влияют на благосостояние». Премию присудили трем экономистам: Дарону Аджемоглу (MIT), Саймону Джонсону (MIT) и Джеймсу Робинсону (University of Chicago).

Что именно сделали Дэрон Асемоглу, Саймон Джонсон и Джеймс Робинсон, получившие премию в этом году?

Юлия Вымятнина (Профессор Факультета экономики Европейского университета в Санкт-Петербурге): Нобелиаты этого года своими исследовали, как выглядит ответ на вопрос «почему одни страны богатые, а другие – бедные?». Самая известная книга с таким названием как раз написана Аджемоглу и Робинсоном. Важную роль в объяснении того, почему бедным странам так сложно догнать богатые, играют институты – «правила игры», по которым строятся взаимоотношения в обществе. 

Чтобы более надежно выявить влияние институтов, Аджемоглу, Джонсон и Робинсон изучили взаимосвязь колонизации (и приносимых, начиная с 16-го века, колонизаторами политических и экономических институтов) с уровнем развития, который наблюдается у стран в настоящее время. Важную роль в их анализы играла смертность колонистов – чем она была выше, тем меньше было желания колонизировать соответствующую область, тем хуже оказывалось качество институтов, которые в итоге приживались в данном месте.

Там, где колонисты «лучше приживались» развивались инклюзивные институты, способствующие соблюдению закона и экономическому развитию. Там, где колонистам жилось не очень хорошо, развивались экстрактивные институты, способствовавшие эксплуатации местных ресурсов и/или местного населения, без заботы о будущем процветании таких мест.

Почему это важно?

Юлия Вымятнина (Профессор Факультета экономики Европейского университета в Санкт-Петербурге): Это важно, потому что для успешного развития страны важно понимать, что ей мешает – отсутствие достаточного уровня человеческого капитала или коррупция и краткосрочная ориентация при принятии решений. Исследования того, какие бывают институты, и как они связаны с экономическим развитием, позволяют сформулировать рекомендации по изменению институтов.

Хорошая новость из исследований нобелиатов по экономике этого года – плохие институты сами по себе не приговор. Их можно изменить, но при этом важно помнить, что изменение институтов занимает время. Основным толчком к изменению институтов становится недовольство широкими народным массами существующим распределением ресурсов. Сама массовость протестов может привести элиты к необходимости не просто обещать улучшение жизни и экономические реформы, но и проводить их (альтернативой является потеря власти). Последняя часть – выполнять свои обещания – становится важной частью формирования новых институтов, когда правящие элиты считаются с мнением народа.

Правда, история может на этом не закончиться и институты могут колебаться от экстрактивных к инклюзивным и обратно. 

Какие практические результаты (рекомендации) последовали за их исследованиями?

Юлия Вымятнина: Основной практический результат – понимание того, как происходит смена институтов и того, какие условия должны для этого сложиться. Однозначно готового «рецепта» по переходу к другому типу институтов нет, и, как показывает практика, попытка насаждать более инклюзивные институты не должна приходить извне, а зарождаться внутри страны. Иначе первоначальный внешний импульс к изменениям быстро угаснет без внутренней поддержки.