Жанр: Научно-образовательная: Прочее » Эрик Дрекслер » Машины создания (страница 26)


История прогресса человечества доказывает, что мировая игра может быть с положительной суммой. Ускорение экономического роста за последние века показывает, что богатый может стать богаче, в то время как бедный становится тоже более богатым. Несмотря на прирост населения (и идее относительно деления постоянного пирога), среднее богатство на человека по всему миру, включая страны третьего мира, устойчиво становится больше. Экономические колебания, повороты вспять местного значения, и естественная тенденция средств массовой информации фокусироваться на плохих новостях – всё это объединяется, чтобы затемнить факт экономического роста, но общедоступные данные показывают это с достаточной очевидностью. Космические ресурсы и самовоспроизводящиеся ассемблеры ускорят эту историческую тенденцию выше мечтаний экономистов, запуская человечество в новый мир.

Глава 7. МАШИНЫ ИСЦЕЛЕНИЯ

Одна из того, что отличает наше от всех предыдущих поколений – это то, что мы видели атомы, из которых состоим.

КАРЛ К. ДАРРОУ, Ренессанс Физики

Жизнь, разум и машины

От лекарств к машинам ремонта клеток

Машины ремонта клеток

Некоторые примеры излечения

Анестезия плюс

От Функции к структуре

От лечения болезни к установлению здоровья

Болезнь по имени "старение"


МЫ БУДЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ молекулярную технологию, чтобы принести здоровье, потому что человеческое тело сделано из молекул. Больные, старые и раненные – все страдают того, что атомы устроены в неправильные структуры, которые появились будь то из-за вторжения вирусов, прошествия времени или свернувших с дороги автомобилей. Устройства, способные переупорядочить атомы будут способны устанавливать их в правильное положение. Нанотехнология принесёт фундаментальный прорыв в медицине.

Сейчас врачи полагаются в основном на хирургию и лекарства для лечения болезни. Хирурги продвинулись от зашивания ран и ампутации конечностей к восстановлению сердца и пришиванию конечностей. С использованием микроскопов и точных инструментов, они соединяют тонкие сосуды крови и нервы. Однако даже самый лучший микрохирург не может разрезать и сшить более тонкие структуры ткани. Современные скальпели и нити для сшивания ран просто слишком грубы для починки капилляров, клеток и молекул. Рассмотрите "тонкую" хирургию с клеточной перспективы: вонзается огромное лезвие, разрубая вслепую мимо и через молекулярные механизмы огромного количества клеток, убивая при этом тысячи. Затем огромный обелиск ныряет сквозь разделённые толпы клеток, протаскивая за собой кабель, широкий как товарный поезд, чтобы связать эти толпы клеток снова. С клеточной перспективы, даже самая тонкая хирургия, выполняемая самыми тонкими скальпелями и с величайшим мастерством, всё же ещё работа мясника. Только способность клеток изолировать мёртвые, перегруппировываться и размножаться делает лечение возможным.

Однако как слишком хорошо знают многие парализованные жертвы несчастных случаев, не все ткани заживают.

В отличие от хирургии, лекарственная терапия имеет дело с самыми тонкими структурами в клетках. Молекулы лекарств – простые молекулярные устройства. Многие воздействуют на специфические молекулы в клетках. Молекулы морфия, например, связываются с определёнными рецепторными молекулами в мозговых клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнализируют о боли. Инсулин, бета-блокираторы и другие лекарства соответствуют другим рецепторам. Но молекулы лекарств действуют без направления. Будучи один раз введёнными в тело, они толкаются и ударяются везде в растворе случайным образом до тех пор, пока они не ударятся в целевую молекулу, окажутся соответствующими и прилипнут, воздействуя на её функцию.

Хирурги могут видеть проблемы и планировать действия, но у них имеются грубые инструменты; молекулы лекарств воздействуют на ткани на молекулярном уровне, но они слишком просты, чтобы ощущать, планировать и действовать. Но молекулярные машины, управляемые нанокомпьютерами предложат врачам иную альтернативу. Они объединят датчики, программы и молекулярные инструменты, чтобы образовывать системы, способные исследовать и восстанавливать элементарные компоненты отдельных клеток. Они дадут хирургический контроль в молекулярную область.

Эти продвинутые молекулярные устройства появятся лишь через годы, но исследователи, мотивируемые потребностями медицины, уже изучают молекулярные машины и молекулярный инжиниринг. Лучшие лекарства воздействуют на определенные молекулярные машины определенными способами. Пенициллин, например, убивает некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин, которые бактерии используют для постройки стенок своей клетки, и при этом он почти не воздействует на человеческие клетки.

Биохимики изучают молекулярные машины, чтобы и научиться, как их строить, и научиться как их разрушать. Во всем мире (и особенно в странах третьего мира) отвратительное разнообразие вирусов, бактерий, простейших, грибов, и червей паразитируют на человеческой плоти. Подобные пенициллину, безопасные эффективные лекарства от этих болезней нейтрализовали бы молекулярные машины, оставляя молекулярные машины человека нетронутыми. Доктор Сеймур Соген, профессор фармакологических наук из SUNY (Стони Брук, Нью-Йорк) утверждает, что биохимики должны систематически изучать молекулярные машины этих паразитов. Как только биохимики определили форму и функцию жизненно важной белковой машины, в большом числе случаев они могут разработать молекулу, сделанную так, чтобы блокировать её действие и разрушать её. Такие лекарства могли бы освободить человечество от таких древних ужасов как schistosomiasis и проказа, и от таких новых как СПИД.

Фармацевтические компании уже переделывают молекулы, основываясь на знании того, как они работают. Исследователи компании Апджон разработали и

сделали измененные молекулы вазопрессина – гормона, который состоит из короткой цепи аминокислот. Вазопрессин усиливает работу сердца и снижает скорость, с которой почки вырабатывают мочу; это увеличивает кровяное давление. Исследовании разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые воздействуют на молекулы-рецепторы в почках в большей степени, чем на молекулы-рецепторы в сердце, придавая им более специфический и контролируемый медицинский эффект. Ещё более недавно, они разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые присоединяются к рецепторным молекулам почек, не оказывая прямого эффекта, таким образом блокируя и подавляя действие естественного вазопрессина.

Потребности медицины будут двигать эту работу вперед, мотивируя исследователей предпринимать дальнейшие шаги по проектированию белка и молекулярному инжинирингу. Давление и медицинских, и военных, и экономических факторов толкают нас в одном и том же направлении. Ещё даже до ассемблерной революции молекулярная технология будет давать нам впечатляющие успехи в медицине; тенденции в биотехнологии это гарантируют. Однако, эти успехи будут в целом постепенными и труднопредсказуемыми, и каждое будет использовать своё небольшое поле в биохимии. Далее, когда мы применим ассемблеры и системы технического ИИ к медицине, мы получим широкие способности, которые легче предвидеть.

Чтобы понять эти способности, рассмотрим клетки и их механизмы самовосстановления. В клетках вашего тела, естественные радиация и вредные химические вещества расщепляют молекулы, производя химически активные молекулярные фрагменты. Они могут ошибочно присоединяться к другим молекулам в процессе, называемом перекрёстным связыванием. Также как шарики и капельки клея повредили бы машину, так же радиация и химически активные фрагменты повреждают клетку, и разрушая молекулярные машины и склеивая их.

Если ваши клетки не могли бы восстанавливать себя, повреждение быстро убило бы их или сделало бы их неконтролируемыми, повреждая их системы управления. Но эволюция благоприятствовала организмам с машинами, способными что-то делать с этой проблемой. Самовоспроизводящаяся производственная система, описанная в главе 4, чинила себя путём замены повреждённых частей; клетки делают то же самое. До тех пор, пока клеточная ДНК сохраняется неповреждённой, она может производить безошибочные ленты, которые направляют рибосомы на сборку новых белковых машин.

К нашему сожалению, сама ДНК повреждается, что ведёт к мутациям. Ремонтирующие ферменты до некоторой степени компенсируют повреждения ДНК, обнаруживая и восстанавливая некоторые их виды. Такой ремонт помогает клеткам выживать, но существующие механизмы ремонта слишком просты, чтобы исправлять все проблемы, будь то в ДНК или где-то ещё. Ошибки накапливаются, внося свой вклад в старение и смерть клеток, а также самих людей.

Жизнь, разум и машины

Имеет ли смысл описывать клетки как "машины", будь то самовосстанавливающиеся, или нет? Так как мы сделаны из клеток, могло бы казаться унизительным сводить людей к ""просто машинам", что противоречит холистическому пониманию жизни.

Но словарное определение "холизма" – ""теория, что действительность составлена из органичных или объединенных целых, которые есть больше, чем простая сумма их частей." "Это, конечно, применяется к людям: просто сумма наших частей, без разума и жизни, походила бы на гамбургер.

Человеческое тело включает приблизительно 10 22

белковых частей, и ни одна машина такой сложности не заслуживает ярлыка "просто". "Любое краткое описание такой сложной система не может не быть весьма неполным, однако на клеточном уровне описание в терминах машин смысл имеет. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из которых действуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как целое, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным описать их в терминах молекулярных машин.

Биохимики раскрыли то, что когда-то было главными тайнами жизни, и начали заполнять детали. Они проследили, как молекулярные машины расщепляют молекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части, чтобы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих клеток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов. Биохимические лаборатории часто вешают на стену огромную диаграмму, показывающую, как основные молекулярные строительные блоки плавают внутри бактерии. Биохимики понимают в деталях многое из жизненных процессов, а то, что они не понимают по-видимому действует по тем же самым принципам. Тайна наследственности превратилась в индустрию генной инженерии. Даже эмбриональное развитие и память сейчас объясняются в терминах изменения в биохимии и клеточной структуре.

В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изменилось. Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Как это может быть?" "Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда они изучают специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из многих способов, как это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случаях их исследования сузили конкурирующие объяснения в какой-либо области до одного. Определённые биологические процессы – координация клеток для образования растущего эмбриона, обучающегося мозга и реагирующей иммунной системы – всё ещё представляют серьёзную задачу для воображения. Однако это не потому, что есть какая-то глубокая тайна в том, как работают их части, но из-за громадной сложности того, как их многие части взаимодействуют друг с другом, чтобы образовывать целое.



Ознакомительный фрагмент книги закончился.
Чтобы прочитать или скачать всю книгу
перейдите на сайт партнера.

Перейти и скачать