Научни новини: ChatGPT, медицина, биотехнологии и биоразнообразие

Изкуствен интелект

Въпреки че е достъпен само от три месеца, чатботът ChatGPT предизвиква много вълнения. Достъпът до програмата бе сравнително ограничен, но вече всеки, склонен да сподели имейла и телефона си с разработчиците, може да се възползва от способностите му.

Потенциалът е усетен бързо от предприемчиви ученици и студенти, които го използват като помощник при писането на домашни. Едно от първите съобщения за това идва от Университета на Северен Мичиган, където преподавател по философия се е усъмнил в есе, много по-добро от останалите. След разговор със студента става ясно, че есето е генерирано от ChatGPT. Притеснителното е, че ако студентът не си беше признал, преподавателят е щял да бъде принуден да приеме есето, защото няма преки доказателства, че то не е авторско.

След този случай в академичните среди в САЩ започва обсъждане как да се справят с новото предизвикателство. Редица средни училища забраняват достъпа до програмата през училищната мрежа и устройства, но тази мярка лесно се заобикаля от технически грамотните ученици. Поради това висшите учебни заведения са се спрели на промени в структурата на заданията и оценяването им. Освен ограничаване на домашните работи, преподавателите търсят нови похвати, които по-адекватно ще оценяват способността на студентите за критично мислене.

Бяха публикувани и някои сензационни новини, че програмата успешно е преминала редица изпити, сред които за получаване на лекарски права и юридическа правоспособност, както и по MBA. Въпреки че работите са със средни оценки, това повдига въпроси не само за възможностите на софтуера, но и за структурата на изпитите и за потенциални промени в тях.

Очаквано, започна публикуването и на програми, които се опитват да определят дали даден текст е генериран от ChatGPT. Една от тях е GPTZero, разработена от 22-годишния студент от Принстън Едуард Тиан. Вече е достъпен и сходен софтуер от създателите на ChatGPT. В това своеобразно състезание е много трудно някой да вземе превес и обикновено балансът на силите клони към „атакуващия“.

Продуктът се разработва от компанията OpenAI – нестопанско дружество, сред чиито съоснователи e Илън Мъск. Нейна разработка е и алгоритъмът художник DALL·E, който разбуни духовете в артистичните среди и даде повод за дискусии на тема етика, трудово и авторско право. Вече се среща „съавторство“ между AI продукти под формата на илюстрирани книги, в които рисунките са дело на MidJourney, а текстът – на ChatGPT.

Въпреки че някои експерти не смятат технологията за заплаха, тъй като не може да предостави цитати и задълбочени познания по повечето теми, трябва да се има предвид, че тя все още прави първите си стъпки. Следващите версии ще са обучени с още по-обширни набори от данни и ще се възползват от напредъка в разработката на нови алгоритми и хардуер. Не трябва да се пренебрегва и фактът, че инвестициите в този тип компании тепърва ще нарастват. OpenAI вече обявиха, че са получили ново финансиране от Microsoft в размер на няколко милиарда долара.

Медицина

Терапия на тумори

Това е област, която се развива постоянно и често в нея се прилагат методи от авангарда на научния прогрес. Един от тях е излагането на пациентите на умъртвени туморни клетки с цел активиране на имунната система и атакуване на злокачествените образувания. За да се подобри ефикасността на терапията, е предложен нов подход.

При него, вместо да се умъртвят, клетките се модифицират в две посоки: да отделят вещества, които убиват туморните клетки и променят микросредата им, и същевременно да бъдат по-разпознаваеми за имунната система, за да улеснят работата ѝ. Този метод се възползва от свойството на туморните клетки да се привличат. След като се въведат в пациента, терапевтичните клетки (както ги наричат авторите) могат да се придвижат до необходимото място и да действат локално.

Поради активирането на естествения имунитет изследователите смятат, че терапевтичните клетки могат да се използват и като ваксина. За да изпълнят тази цел, в тях се вмъква механизъм за самоунищожение. След като обучат имунната система да ги разпознава, те могат да бъдат дезактивирани и премахнати от тялото. Моделът води до подобрена прогноза при т.нар. хуманизирани мишки, в които има клетки от различни човешки тъкани с цел средата да се приближи до имунната ни система.

Изследването е интересно и заради преките приложения, до които може да доведе, и заради подхода за използване на клетки от пациента, превърнати в терапевтично средство с помощта на няколко паралелни генетични модификации.

Антидепресанти

Съвременната медицина разчита все повече на тях – за периода от 1998 до 2018 г. броят на рецептите в Англия се е увеличил три пъти. Сред най-често предписваните медикаменти са т.нар. СИРС (селективни инхибитори на реабсорбцията на серотонин, SSRI), които увеличават количеството на серотонин в мозъка. В повечето случаи страничните ефекти от тях не са съществени, но има и такива, които могат да окажат значително влияние върху състоянието на пациента.

Един от най-често срещаните е апатията, която донякъде е следствие от метода на действие на антидепресантите – намаляват силата на отрицателните емоции, но потискат и позитивните. Ново изследване на екипи от Кеймбриджкия и Копенхагенския университет върху ефекта на СИРС при здрави доброволци показва възможна причина за това. Участниците са били разделени в две групи и за период от средно 26 дни са приемали или медикамент, или плацебо. В проучването чрез въпросници, когнитивни задачи и физиологични изследвания са проследени много параметри.

В двете групи не са открити разлики в когнитивните функции, свързани с паметта и емоциите, но при прилагане на тест, предназначен да проследи отговора на позитивни и отрицателни стимули, е установено понижение на реакцията към награди, което според авторите е механизмът, отключващ чувството за апатия. Така се повдига въпросът за начина на прилагане на тези медикаменти и се дава поле за бъдещи изследвания относно метода им на действие.

Широкото предписание на антидепресантите може да има и други неочаквани последствия. Австралийски екип наскоро показа, че те улесняват бактериите в придобиването на устойчивост на антибиотици.

Описани са два механизма, работещи в синхрон. Вследствие на медикаментите бактериите (E. coli) започват да отделят повече активни форми на кислорода, които вредят на клетъчните компоненти. Това повишава еволюционния натиск и възможността за възникване на мутации. Бактериите са започнали да произвеждат и повече протеини, отговорни за изхвърляне на антибиотици от клетките.

Само по себе си това вече е проблем, но учените са забелязали и повишена възможност за хоризонтален генетичен трансфер, особено характерен за преноса на устойчивост на антибиотици при бактериите. Това е предаването на генетичен материал от един организъм на друг, който не е потомък на първия. При бактериите най-често става чрез поглъщане на генетичен материал от средата (трансформация) или чрез конюгация, при която между двете клетки се създава временна връзка за обмяна на генетична информация.

Няма значение дали приемате медикаменти, или не, защото те се отделят с урината и се натрупват в отпадните системи, откъдето може да попаднат в по-широкия воден цикъл и да доведат до промени и в по-висши водни организми, например риби.

Расте скептицизмът към широкото прилагане на антидепресантите и най-вече на СИРС. Той е повдигнат от един актуален и широко коментиран метаанализ, поставящ под съмнение добре приетата концепция за връзка между понижените нива на серотонина и депресивните състояния. Заключението от обобщението на 12 предишни изследвания и метаанализи е, че за момента няма убедителна информация, потвърждаваща серотониновата хипотеза. Едно от мненията на авторите е, че този нов поглед може да помогне при пациенти, които са приели, че състоянието им се дължи единствено на химичен дисбаланс, и не включват в лечението си други похвати, например психотерапия.

Въпреки това експертите съветват пациентите да не вземат самостоятелни решения, а да се консултират със своите лекари и да следят внимателно протичането на терапията си.

Нови антибиотици

Веществото албицидин се произвежда от патогена по захарната тръстика Xanthomonas albilineans. В средата на 80-те години на ХХ век учени са установили, че албицидинът има антибиотично действие, но и досега то не се прилага в медицината. Една от причините е непълното разбиране на начина му на действие.

Използвайки напредъка в криоелектронната микроскопия, която ни позволява да видим как молекулите взаимодействат една с друга, група учени от центъра „Джон Инес“ в Англия е установила как албицидинът се вмъква между молекулата на ДНК и ензима ДНК-топоизомераза, пречейки на функционалността му. Това откритие дава път за въвеждане на антибиотика в набора медикаменти на лекарите, като особено обещаващо е приложението му при устойчиви E. coli и S. aureus поради новия му метод на действие.

Биотехнологии в животновъдството

В края на 2021 г. беше публикувана разработка, в която с помощта на CRISPR е насочен полът на потомството при мишки. Използвана е двукомпонентна система – едната част в майката, а другата в бащата, като в зависимост от желания пол на потомството е вмъкната в X или в Y хромозомата. Когато двете части се съберат в зиготата, развитието ѝ спира още в съвсем начален стадий, няколко дни след оплождането.

Изненадващ страничен ефект е и компенсацията в големината на котилото, получено от животни, които са генетично редактирани. Математически се очакват около 50% по-малко бебета, но в експеримента се наблюдава намаление средно с 35%. Научният принос е висок, но приложението в животновъдството предизвиква още по-голям интерес.

Тъй като яйценосещите породи кокошки не са подходящи за производство на месо, почти веднага след излюпването си биват умъртвявани милиони мъжки пилета годишно. За предотвратяването на тази спорна практика вече има решения, сред които тестването на яйцата, но то е скъпо и не е широко използвано.

Като алтернатива израелската компания Huminn Poultry предлага кокошката „Голда“. Технологията не е публикувана в научни журнали и не е напълно ясно как е реализирана, но от достъпната информация изглежда, че е следван сходен подход като при мишките: използва се особеността на птиците, при които мъжкият носи две еднакви полови хромозоми (ZZ), а женската – различни (ZW).

Редакцията се прилага единствено при женски кокошки. След кръстосване с петел те снасят яйца, от които могат да се излюпят само женски индивиди, защото тези с мъжки зиготи не са фертилни. Тъй като Z хромозомата идва от петел, който не е генетично редактиран, в получените кокошки липсват всякакви следи от генетични редакции и техните яйца могат да се пуснат свободно в търговската мрежа, без да са обект на регулации.

Това е добра новина за индустрията предвид предложението на Европейската комисия да се спре практиката за умъртвяване на мъжки пилета, следващо забраните от началото на миналата година в Германия и Франция.

Биоразнообразие

Масовото измиране на динозаврите е добре известен период от историята на планетата ни. Доскоро се смяташе, че освен него е имало още четири такива събития, но вече е известно още едно, настъпило преди около 550 млн. години в eдиакарския период. То е довело до изчезването на около 80% от съществуващите видове, които са били сред първите по-сложни многоклетъчни организми.

За съжаление, е трудно да се направят пълни заключения, тъй като телата им не са имали твърди обвивки и не са оставили много фосили. Според геоложките данни океаните са загубили значително количество кислород и са оцелели само организмите, адаптирани за живот в такава среда. Това променя и концепцията, че живеем в периода на шестото измиране – най-вероятно процесите, причинени от човешката дейност, протичащи в момента, ще бъдат преименувани на седмо масово измиране.

И въпреки това природата продължава да ни изненадва с места с изключително биологично разнообразие и с видове, които до момента не са описани.

В боливийски природен парк са открити 35 вида риби, които може да са непознати за учените. Обследването е правено в продължение на четири години и са описани над 300 вида риби, два пъти повече от известните до момента в този парк. Сред тях има и представители на четири рода, които досега не са срещани в Боливия, както и такива от слабо представени родове. Освен че е добра новина за биоразнообразието на планетата, откриването на нов вид е изключително вълнуващо.

През 2022 г. имаше новини за доста нови растения и животни. Повечето са от ареали с по-голямо биологично разнообразие, а откритията са разпръснати по целия свят. Едно от тях е тропическото дърво Uvariopsis dicaprio, носещо името на Леонардо ди Каприо и открито в Камерун. От САЩ е многоножката Nannaria swiftae, наречена на Тейлър Суифт. В Италия са описани няколко вида скорпиони, а в Черна гора – големият гол охлюв Limax pseudocinereoniger. Интересен обзор със снимков материал може да бъде видян в Discover Wildlife.

Предполага се, че на земята има почти 9 млн. вида живи организми, от които са описани само малко над 1 млн. Природата все още крие безброй изненади и от нас зависи да ги открием и съхраним.

Заглавно изображение: Микроскопска снимка на царевичен зародиш, 100х увеличение. Източник: Berkshire Community College Bioscience Image Library / Flickr

Веднъж-дваж месечно Михаил Ангелов – биолог, агроном и любим нърд от нашия екип, ни представя най-интересните скорошни новини от различни сфери на науката и ще обяснява защо тези постижения са толкова значими за света и човечеството. Или най-малкото – любопитни и забавни.