Thế giới tuần qua

36

Cấy ghép tủy xương có thể gây ra các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer, DNA tổng hợp làm sáng tỏ rằng sự sống của con người có thể tiến hóa ở nơi khác trong vũ trụ và DNA do máy tính thiết kế có thể chống lại nhiễm trùng vi khuẩn không kiểm soát được. Cùng tìm hiểu những khám phá khoa học thú vị nhất tuần này.

Chống lại các bệnh thoái hoá thần kinh – các nhà khoa học đã tìm ra con đường dẫn tới chiến thắng

Microglia – một loại tế bào não – trong não của những con chuột già có thân tế bào lớn hơn với các nhánh nhỏ hơn và ngắn hơn so với những con chuột non. Nhưng microglia của những con chuột già đã được cấy ghép tủy xương (BMT) từ những con chuột non giống như những con chuột non. Trong khi cấy ghép từ những con chuột già đã không có hiệu ứng đó. Microglia đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe của não. Ảnh: Cedars-Sinai/Communications Biology.

Theo nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm y tế Cedars-Sinai ở LA và được mô tả trong tạp chí Communications Biology Cedas-Sinai, cấy ghép tủy xương từ chuột non vào chuột già có thể làm chậm sự suy giảm nhận thức ở chuột già.

Những phát hiện làm các nhà khoa học củng cố thêm nghi ngờ rằng sự suy giảm nhận thức có thể có liên quan đến sự lão hóa của các tế bào máu, được sản xuất trong tủy xương. Chúng có thể giúp các nhà nghiên cứu thiết kế các phương pháp điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer. (Nó cũng có thể sưởi ấm trái tim của các triệu phú lập dị ở Thung lũng Silicon muốn sử dụng máu của người trẻ để ngăn chặn quá trình lão hóa.)

Trong nghiên cứu, những con chuột thí nghiệm ở tuổi chín muồi – 18 tháng tuổi được cấy ghép tủy xương từ những con chuột bằng tuổi chúng hoặc từ những con chuột 4 tháng tuổi. Sáu tháng sau, chúng được kiểm tra về mức độ hoạt động và khả năng nhận thức, bao gồm cả trí nhớ. Những con chuột đã nhận được tủy xương trẻ hơn vượt trội so với cả những con chuột đã nhận được tủy xương cũ và một nhóm không nhận được tủy nào cả. Các nhà nghiên cứu cũng kiểm tra hồi hải mã của những con chuột – một phần của bộ não chịu trách nhiệm hình thành ký ức dài hạn – và thấy rằng những con được cấy ghép tủy trẻ giữ lại nhiều khớp thần kinh hơn những con khác.

AI chiến đấu với điều kiện băng giá

Trong một nỗ lực riêng biệt, các nhà khoa học GE đã sử dụng siêu máy tính để nghiên cứu sự tích tụ băng. Ảnh: Invention Factory.

Trí thông minh nhân tạo có thể giúp các nhà khai thác trang trại gió phát hiện băng trên lưỡi của tuabin.

Băng là kẻ thù của các tuabin gió giống như kẻ thù của cánh máy bay, làm nặng các thành phần cơ khí hoặc gây ra thiệt hại cho các lưỡi kiếm khi nó rơi ra. Trong khi đó, các trang trại gió thường nằm ở những vùng xa xôi và hẻo lánh như những ngọn núi hay biển, khiến cho việc kiểm tra và bảo dưỡng là một thách thức. Để chống lại vấn đề này, một nhóm các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc và Hoa Kỳ đã thiết kế một giao thức AI có tên WaveletFCNN, mô tả những phát hiện của họ trong một bài báo mới được đăng lên arXiv.

Các thức hoạt động trong hệ thống AI là: phức tạp. Điểm mấu chốt là các nhà nghiên cứu đã huấn luyện WaveletFCNN với dữ liệu điển hình được thu thập bởi các cảm biến trên tuabin – tốc độ gió, nhiệt độ, công suất, v.v. Trong một thử nghiệm, AI có tỷ lệ chính xác hơn 80%.

DNA thích hợp để chống lại kháng sinh

Cách tiếp cận mới đánh giá từng đoạn DNA sau khi nó được sản xuất; những người đề xuất các đặc tính chống vi trùng có thể thông báo cho việc thiết kế các chuỗi DNA trong tương lai. Ảnh: Getty Images

Tại Stanford, các nhà khoa học đang sử dụng máy học để tạo ra các chuỗi DNA lý thuyết có khả năng phù hợp nhất với các đặc tính chống vi trùng.

Nhiễm khuẩn đang trở nên khó điều trị hơn và nguy hiểm hơn bởi tốc độ phát triển để kháng kháng sinh của vi khuẩn đang hơn tốc độ sản xuất kháng sinh mới. Các nhà nghiên cứu cho biết các protein kháng khuẩn đang được phát triển trên máy tính bởi các nhà khoa học Stanford không tồn tại trong tự nhiên. Tuy nhiên, để ngăn chặn mối đe doạ đòi hỏi một số suy nghĩ vượt trội.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một thuật toán, Feedback GAN, tạo ra một số lượng lớn các chuỗi DNA. Nhưng không chỉ tạo ra chúng, thuật toán còn đánh giá từng đoạn sau khi nó được sản xuất; những người đề xuất các đặc tính chống vi trùng có thể thông báo cho việc thiết kế các chuỗi DNA trong tương lai. James Zou, giáo sư trợ lý khoa học dữ liệu y sinh của Stanford cho biết: “Có một phần tử tích hợp sẵn và bằng cách có vòng phản hồi này, hệ thống học cách mô hình hóa các chuỗi mới được tạo ra sau khi chúng được coi là có đặc tính kháng khuẩn”. Quá trình này được mô tả kỹ hơn trong Nature Machine Intelligence.

“Alien” DNA được chế biến ngay tại nhà

Cấu trúc tinh thể của một chuỗi xoắn kép được xây dựng từ tám khối xây dựng hachimoji, G (xanh lá cây), A (đỏ), C (xanh đậm), T (vàng), B (lục lam), S (hồng), P (tím), và Z (màu cam). Ảnh: FfAME.

Nói về DNA, chúng ta đồng ý rằng nó bao gồm bốn phân tử G, A, T và C, liên kết theo cặp có thể dự đoán được trên một chuỗi xoắn kép để tạo ra các điều kiện cần thiết cho tất cả sự sống – phải không? Đúng? Nhưng có lẽ không còn nữa: Nhà hóa học Steven Benner và các đồng nghiệp đã tổng hợp một loại DNA mới trong phòng thí nghiệm, thêm bốn phân tử nữa: S, P, B và Z. Hệ thống mới này được gọi là DNA hachimoji, một sự kết hợp của các từ tiếng Nhật hachi phạm (tám) và moji (chữ).

Có thể sử dụng Hachimoji DNA trong chẩn đoán và điều trị y tế, hoặc trong công nghệ lưu trữ dữ liệu DNA mới nổi. Trái ngược với các hệ thống hiện tại bị suy giảm theo thời gian và có dung lượng hạn chế, một gram DNA có thể lưu trữ được 215 triệu gigabyte thông tin với rất nhiều thời hạn sử dụng lâu hơn. Và giống như nâng cấp đăng ký iCloud của bạn, gấp đôi số phân tử DNA có thể lưu trữ gấp đôi thông tin. Ở mức độ lý thuyết, tiến bộ này cho thấy các phân tử DNA mà chúng ta biết chúng có thể không phải là tiền thân phổ biến đối với sự sống – rằng ở những nơi khác trong vũ trụ, cấu trúc DNA thực sự có thể trông khác so với chúng ở đây. Andrew Ellington, một nhà nghiên cứu của dự án, cho biết: “Chúng tôi không đề xuất rằng bảng chữ cái tám chữ cái này phát sinh trước, chúng tôi nghĩ rằng DNA-RNA-protein phát sinh cùng nhau. Tuy nhiên, chúng ta có thể tưởng tượng các quá trình diễn ra song song.”

Nhóm báo cáo của Ben Benner, báo cáo về thiên nhiên, đã tạo ra các chữ cái tổng hợp bằng cách điều chỉnh cấu trúc phân tử của các căn cứ thông thường. Các chữ cái của DNA được ghép lại vì chúng tạo thành liên kết hydro: mỗi liên kết chứa các nguyên tử hydro, được thu hút bởi các nguyên tử nitơ hoặc oxy. Benner giải thích rằng nó có một chút giống như những viên gạch Lego dính vào nhau khi các lỗ và ngạnh xếp thành hàng. Sau khi điều chỉnh những lỗ hổng và ngạnh này, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một số cặp cơ sở mới. Sau đó, họ đã chạy thử nghiệm để xác minh rằng DNA tổng hợp của họ có thể hoạt động theo trình tự – giống như vật thật – sẽ hỗ trợ sự sống.

Sợi sức mạnh thiên văn

Một thang máy không gian, hoặc thậm chí chỉ là một vệ tinh neo vào Trái đất thông qua cáp, từ lâu đã là một giấc mơ đối với các nhà khoa học, nhưng vẫn giống như chiếc bánh trên bầu trời. Ảnh: Getty Images.

Có thể bạn đã nghe nói về graphene, một siêu vật liệu mạnh đến mức chỉ cần một lớp dày nguyên tử có thể hỗ trợ trọng lượng của một con voi. Bây giờ các nhà khoa học ở Trung Quốc đã thiết kế một sợi nhẹ từ các ống nano carbon cũng có thể đo được trên thang voi: Chỉ một centimet khối của vật liệu có thể chứa 160 pachyderms. Tuy nhiên, những người không có 160 con voi đang nằm xung quanh, có thể giải quyết việc sử dụng công cụ để xây dựng thang máy lên vũ trụ.

Một thang máy không gian, hoặc thậm chí chỉ là một vệ tinh neo vào Trái đất qua cáp, từ lâu đã là một giấc mơ đối với các nhà khoa học, nhưng vẫn còn – than ôi trên bầu trời: Như tờ South China Morning Post đưa tin vào mùa thu năm ngoái, năm 2005 NASA đã bỏ ra số tiền lớn trong một cuộc thi để thiết kế một vật liệu như vậy, nhưng không ai nhận được giải thưởng. NASA cho rằng một dây cáp được thiết kế để tiếp cận không gian sẽ cần có độ bền kéo là 7 gigapascal, và sợi nano ống nano được nấu tại Đại học Bắc Kinh Tsinghua có thể chỉ là tấm vé: Các nhà nghiên cứu đặt độ bền kéo của sợi mới ở mức 80 gigapascal. (Một gigapascal là 1 tỷ pascal, đơn vị đo áp lực và căng thẳng.)

Các ống nano carbon, theo Morning Post, có độ bền kéo được biết đến cao nhất của bất kỳ vật liệu nào – về mặt lý thuyết lên tới 300 gigapascal. Về mặt thử thách, chúng liên kết chúng với nhau thành một sợi cáp, để đến được không gian, sẽ phải kéo dài khoảng 30.000 km và tránh mọi khiếm khuyết trong việc ghép các ống nano lại với nhau sẽ làm suy yếu cáp. Nhóm Tsinghua đã mô tả phương pháp của họ để làm như vậy trong Công nghệ Nano tự nhiên.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN