Thiết kế protein

Hai thập kỷ trước, David Baker (Đại học Washington, Mỹ) và các đồng nghiệp của ông đã đạt được thành tựu mang tính bước ngoặt khi sử dụng các công cụ tính toán để thiết kế một loại protein hoàn toàn mới. Ngày nay, khả năng thiết kế protein mới đã được phát triển để tạo ra các enzyme và protein theo yêu cầu. Phần lớn sự tiến bộ đó xuất phát từ các bộ dữ liệu ngày càng lớn về liên kết chuỗi trong protein và cấu trúc, kết hợp với các phương pháp nghiên cứu học sâu phức tạp.

Năm 2023, chúng ta đã chứng kiến sự tiến bộ đáng chú ý trong thuật toán thiết kế protein. Một số mô hình phức tạp sử dụng mô hình khuếch tán. Các thuật toán này ban đầu được đào tạo để học cách phân biệt các yếu tố cấu trúc protein thực tế với các cấu trúc không thực tế, chúng có khả năng xây dựng các cấu trúc hợp lý về mặt sinh học, do người dùng xác định. Phòng thí nghiệm của Công ty Generate Biomedicines (Mỹ) đã xây dựng thành công phần mềm RF có khả năng thiết kế các protein mới với giao diện phù hợp theo yêu cầu. Phiên bản mới hơn của phần mềm RF cho phép các nhà thiết kế định hình một cách có tính toán các protein xung quanh các mục tiêu phi protein như DNA, các phân tử nhỏ và thậm chí cả các ion kim loại. Tiến bộ này sẽ mở ra những chân trời mới cho các enzyme được thiết kế, các bộ điều chỉnh phiên mã di truyền, các vật liệu sinh học chức năng...

Phát hiện deepfake

Sự bùng nổ của các thuật toán AI tạo sinh và sự thuận tiện trong tiếp cận đã giúp việc tổng hợp, xây dựng các hình ảnh, âm thanh và video hoàn toàn nhân tạo trở nên đơn giản và ngày càng “thật” hơn. Điều này có thể mang tới những trải nghiệm thú vị cho người dùng, xong cũng có nguy cơ tạo ra nhiều bất ổn chính trị. Siwei Lyu - một nhà khoa học máy tính tại Đại học Buffalo (Mỹ) cho biết, ông đã thấy rất nhiều hình ảnh và âm thanh deepfake do AI tạo ra liên quan đến cuộc xung đột Israel-Hamas, nhiều nội dung được tạo ra với mục đích lừa đảo.

Để chống lại điều này, các nhà khoa học như Siwei Lyu đang phát triển nhiều công cụ phát hiện deepfake. Các thuật toán mới có thể nhận ra sự khác biệt giữa nhân vật giả mạo và nhân vật thật.

Chèn những đoạn lớn DNA

Vào cuối năm 2023, các cơ quan quản lý của Mỹ và Vương quốc Anh đã phê duyệt liệu pháp chỉnh sửa gen dựa trên CRISPR lần đầu tiên đối với bệnh thiếu máu hồng cầu lưỡi liềm và bệnh Beta thalassemia phụ thuộc truyền máu (căn bệnh khiến bệnh nhân phải truyền máu định kỳ, nếu không sẽ có nhiều biến chứng và giảm tuổi thọ).

Kết nối não với máy tính

Căn bệnh xơ cứng teo cơ một bên đã khiến Pat Bennett không thể diễn đạt bằng lời nói. Sau khi được điều trị, Bennett đã có sự phục hồi đáng chú ý khi nói được 62 từ mỗi phút với vốn từ vựng 125.000 từ (nhiều hơn gấp đôi vốn từ vựng của một người nói tiếng Anh trung bình). Tất cả là nhờ vào một thiết bị kết nối não với máy tính (BCI - Brain Computer Interface) phức tạp được phát triển bởi nhà thần kinh học Francis Willett thuộc Đại học Stanford và các đồng nghiệp của ông tại Tập đoàn BrainGate, Mỹ. Willett và các đồng nghiệp đã cấy các điện cực vào não của Bennett để theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh, sau đó huấn luyện các thuật toán học sâu để chuyển những tín hiệu đó thành lời nói. Các nhà nghiên cứu cũng đang áp dụng những mô hình ngôn ngữ dựa trên AI để tăng tốc độ giải thích thông tin mà bệnh nhân muốn truyền đạt.

Độ phân giải siêu cao

Stefan Hell, Eric Betzig và William Moerner đã được trao giải Nobel Hóa học năm 2014 vì tìm ra phương pháp phá vỡ giới hạn nhiễu xạ làm hạn chế độ phân giải không gian của kính hiển vi quang học. Độ chi tiết thu được ở mức hàng chục nanomet đã mở ra một loạt thí nghiệm hình ảnh ở quy mô phân tử. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn mong muốn điều tốt hơn và họ đang đạt được tiến bộ nhanh chóng.

Xây dựng các tập bản đồ tế bào

Nếu bạn đang tìm kiếm một quán cà phê, các bản đồ trực tuyến có thể giúp bạn tìm thấy những địa điểm gần bạn và cho bạn biết đường đi đến đó. Tuy nhiên, chúng ta chưa có cách nào tương đương để định hướng trong cơ thể phức tạp của con người. Chính vì vậy, các nhà sinh vật học luôn khao khát và nỗ lực xây dựng các bản đồ tế bào. Năm 2016, một dự án bản đồ tế bào người được thực hiện bởi nhà sinh học tế bào Sarah Teichmann tại Viện Wellcome Sanger (Vương quốc Anh), với sự tham gia của khoảng 3.000 nhà khoa học ở gần 100 quốc gia và 10.000 nhà tài trợ. Ngoài ra Viện Y tế Quốc gia Mỹ và Viện Allen (Mỹ) đã tài trợ cho các chương trình về xây dựng bản đồ sinh học phân tử con người, nghiên cứu não bộ thông qua công nghệ thần kinh tiên tiến và mạng lưới điều tra, khảo sát tế bào.

Vật liệu nano in 3D