Только способность кле
ток изолировать мёртвые, перегруппировываться и размножаться делает л
ечение возможным.
Однако как слишком хорошо знают многие парализованные жертвы несчастн
ых случаев, не все ткани заживают.
В отличие от хирургии, лекарственная терапия имеет дело с самыми тонкими
структурами в клетках. Молекулы лекарств Ц простые молекулярные устро
йства. Многие воздействуют на специфические молекулы в клетках. Молекул
ы морфия, например, связываются с определёнными рецепторными молекулам
и в мозговых клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнали
зируют о боли. Инсулин, бета-блокираторы и другие лекарства соответству
ют другим рецепторам. Но молекулы лекарств действуют без направления. Бу
дучи один раз введёнными в тело, они толкаются и ударяются везде в раство
ре случайным образом до тех пор, пока они не ударятся в целевую молекулу, о
кажутся соответствующими и прилипнут, воздействуя на её функцию.
Хирурги могут видеть проблемы и планировать действия, но у них имеются г
рубые инструменты; молекулы лекарств воздействуют на ткани на молекуля
рном уровне, но они слишком просты, чтобы ощущать, планировать и действов
ать. Но молекулярные машины, управляемые нанокомпьютерами предложат вр
ачам иную альтернативу. Они объединят датчики, программы и молекулярные
инструменты, чтобы образовывать системы, способные исследовать и восст
анавливать элементарные компоненты отдельных клеток. Они дадут хирург
ический контроль в молекулярную область.
Эти продвинутые молекулярные устройства появятся лишь через годы, но ис
следователи, мотивируемые потребностями медицины, уже изучают молекул
ярные машины и молекулярный инжиниринг. Лучшие лекарства воздействуют
на определенные молекулярные машины определенными способами. Пеницилл
ин, например, убивает некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин
, которые бактерии используют для постройки стенок своей клетки, и при эт
ом 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, без
опасные эффективные лекарства от этих болезней нейтрализовали бы моле
кулярные машины, оставляя молекулярные машины человека нетронутыми. До
ктор Сеймур Соген, профессор фармакологических наук из SUNY (Стони Брук, Нью-
Йорк) утверждает, что биохимики должны систематически изучать молекуля
рные машины этих паразитов. Как только биохимики определили форму и функ
цию жизненно важной белковой машины, в большом числе случаев они могут р
азработать молекулу, сделанную так, чтобы блокировать её действие и разр
ушать её. Такие лекарства могли бы освободить человечество от таких древ
них ужасов как schistosomiasis и проказа, и от таких новых как СПИД.
Фармацевтические компании уже переделывают молекулы, основываясь на з
нании того, как они работают. Исследователи компании Апджон разработали
и сделали измененные молекулы вазопрессина Ц гормона, который состоит
из короткой цепи аминокислот. Вазопрессин усиливает работу сердца и сни
жает скорость, с которой почки вырабатывают мочу; это увеличивает кровян
ое давление. Исследовании разработали модифицированные молекулы вазоп
рессина, которые воздействуют на молекулы-рецепторы в почках в большей
степени, чем на молекулы-рецепторы в сердце, придавая им более специфиче
ский и контролируемый медицинский эффект. Ещё более недавно, они разрабо
тали 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 исслед
ователей предпринимать дальнейшие шаги по проектированию белка и моле
кулярному инжинирингу. Давление и медицинских, и военных, и экономически
х факторов толкают нас в одном и том же направлении. Ещё даже до ассемблер
ной революции молекулярная технология будет давать нам впечатляющие у
спехи в медицине; тенденции в биотехнологии это гарантируют. Однако, эти
успехи будут в целом постепенными и труднопредсказуемыми, и каждое буде
т использовать своё небольшое поле в биохимии. Далее, когда мы применим а
ссемблеры и системы технического ИИ к медицине, мы получим широкие спосо
бности, которые легче предвидеть.
Чтобы понять эти способности, рассмотрим клетки и их механизмы самовосс
тановления. В клетках вашего тела, естественные радиация и вредные химич
еские вещества расщепляют молекулы, производя химически активные моле
кулярные фрагменты. Они могут ошибочно присоединяться к другим молекул
ам в процессе, называемом перекрёстным связыванием. Также как шарики и к
апельки клея повредили бы машину, так же радиация и химически активные ф
рагменты повреждают клетку, и разрушая молекулярные машины и склеивая и
х.
Если ваши клетки не могли бы восстанавливать себя, повреждение быстро уб
ило бы их или сделало бы их неконтролируемыми, повреждая их системы упра
вления. Но эволюция благоприятствовала организмам с машинами, способны
ми что-то делать с этой проблемой. Самовоспроизводящаяся производствен
ная система, описанная в главе 4, чинила себя путём замены повреждённых ча
стей; клетки делают то же самое. До тех пор, пока клеточная ДНК сохраняется
неповреждённой, она может производить безошибочные ленты, которые напр
авляют рибосомы на сборку новых белковых машин.
К нашему сожалению, сама ДНК повреждается, что ведёт к мутациям. Ремонтир
ующие ферменты до некоторой степени компенсируют повреждения ДНК, обна
руживая и восстанавливая некоторые их виды. Такой ремонт помогает клетк
ам выживать, но существующие механизмы ремонта слишком просты, чтобы исп
равлять все проблемы, будь то в ДНК или где-то ещё. Ошибки накапливаются, в
нося свой вклад в старение и смерть клеток, а также самих людей.

Жизнь, разум и машины

Имеет ли смысл описывать клетки как «машины», будь то самовосстанавлива
ющиеся, или нет? Так как мы сделаны из клеток, могло бы казаться унизительн
ым сводить людей к ""просто машинам", что противоречит холистическому пон
иманию жизни.
Но словарное определение «холизма» Ц ""теория, что действительность сос
тавлена из органичных или объединенных целых, которые есть больше, чем п
ростая сумма их частей." "Это, конечно, применяется к людям: просто сумма на
ших 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 см
ысл имеет. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из которых де
йствуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как целое
, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным оп
исать 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 мо
лекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части, чт
обы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих кле
ток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больши
х молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую ча
сть некоторых вирусов. Биохимические лаборатории часто вешают на стену
огромную диаграмму, показывающую, как основные молекулярные строитель
ные блоки плавают внутри бактерии. Биохимики понимают в деталях многое и
з жизненных процессов, а то, что они не понимают по-видимому действует по
тем же самым принципам. Тайна наследственности превратилась в индустри
ю генной инженерии. Даже эмбриональное развитие и память сейчас объясня
ются в терминах изменения в биохимии и клеточной структуре.
В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изм
енилось. Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Ка
к это может быть?" "Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда он
и изучают специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из мн
огих способов, как это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случая
х их исследования сузили конкурирующие объяснения в какой-либо области
до одного. Определённые биологические процессы Ц координация клеток д
ля образования растущего эмбриона, обучающегося мозга и реагирующей им
мунной системы Ц всё ещё представляют серьёзную задачу для воображени
я. Однако это не потому, что есть какая-то глубокая тайна в том, как работаю
т их части, но из-за громадной сложности того, как их многие части взаимод
ействуют друг с другом, чтобы образовывать целое.
Клетки подчиняются тем же самым естественным законам, которые описываю
т и остальную часть мира. Белковые машины в правильном молекулярном окру
жении будут работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта к
летка была ли размолота и размыта многие дни назад. Молекулярные машины
ничего не знают о «жизни» и "смерти".
Биологи, когда им нужно, иногда определяют жизнь как способность расти, в
оспроизводиться и реагировать на раздражители. Но по этому стандарту, гл
упая система самовоспроизводящихся фабрик могла бы квалифицироваться
как жизнь, в то время как сознательный искусственный интеллект, смоделир
ованный на человеческом мозге мог бы так не квалифицироваться. Являются
ли вирусы живыми или они «просто» очень совершенные молекулярные машин
ы? Никакой эксперимент не может об этом сказать, потому что природа не про
водит никакой линии между живым и неживым. Биологи, которые работают с ви
русами, вместо этого задают вопрос о жизнеспособности: "Будет ли этот вир
ус функционировать, если ему дать возможность?" Ярлыки «жизнь» и «смерть
» в медицине зависят от медицинских возможностей: врачи спрашивают: "Буд
ет ли пациент функционировать, если мы приложим все усилия?" Когда-то врач
и объявляли пациентов мёртвыми как только останавливалось сердце; тепе
рь они объявляют пациентов мёртвыми, когда они теряют надежду на восстан
овление мозговой деятельности. Успехи в кардиологии когда-то изменили о
пределение; успехи в медицине мозга изменят его ещё раз.
Также некоторые люди чувствуют себя некомфортно с идеей, что машины лежа
т в основе нашего мышления. Слово «машина» снова, кажется, вызывает непра
вильный образ Ц картину чего-то большого, гремящего металлом, а не мерца
ние сигналов вдоль бегущей волны или нейронным волокнам, по живой ткани,
более сложной чем способен полностью понять разум, который она воплощае
т. Действительно подобные машинам машины мозга имеют размер молекул Ц м
еньше, чем самые тонкие волокна.
Целое не обязательно должно походить на свои части. Твёрдый кусок чего-н
ибудь едва ли походит на танцующий фонтан, однако совокупность твердых,
бугристых молекул образует текучую воду. Подобным образом миллиарды мо
лекулярных машин образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и
синапсов образуют нервную клетку, миллиарды нервных клеток образуют мо
зг, а сам мозг воплощает текучесть мысли.
Сказать, что разум Ц это "всего лишь "молекулярные машины" " Ц подобно выс
казыванию, что Мона Лиза является "только мазками краски. "Такие утвержде
ния путают части с целым, и путают материю со структурой, которую материя
воплощает. Мы нисколько не менее человечны из-за того, что сделаны из моле
кул.

От лекарств к машинам ремонт
а клеток

Будучи сделанными из молекул, и имея человеческое беспокойство о нашем з
доровье, мы применим молекулярные машины к биомедицинской технологии. Б
иологи уже используют антитела, чтобы помечать белки, ферменты Ц чтобы
разрезать и соединять ДНК, а шприцы вирусов (такие как у вируса-фага T4) Ц ч
тобы впрыскивать отредактированную ДНК в бактерию. В будущем они будут и
спользовать построенные ассемблерами наномашины, чтобы исследовать и
модифицировать клетки.
С инструментами, подобными дизассемблерам, биологи будут способны изуч
ить структуры клетки до конца, до молекулярных деталей. Далее они занесу
т в каталог сотни тысяч видов молекул тела и построят карту структуры со
тен видов клеток. Во многом также как инженеры могли составлять перечень
частей и создавать инженерные чертежи автомобиля, также биологи опишут
части и структуры здоровой ткани. К тому времени им будут помогать сложн
ые системы технического ИИ.
Врачи стремятся сделать ткани здоровыми, но с помощью лекарств и хирурги
и, они могут только стимулировать ткани себя восстанавливать. Молекуляр
ные машины дадут возможность более непосредственного ремонта, начиная
новую эру в медицине.
Чтобы починить автомобиль, механик сначала добирается до дефектного уз
ла, затем опознает и удаляет плохие части, и наконец их восстанавливает и
ли заменяет. Ремонт клетки будет включать те же самые основные задачи Ц
задачи, которые живые системы уже доказали, что они возможны.
Доступ. Белые клетки крови покидают кровяное русло и движутся через ткан
ь, а вирусы входят в клетки. Биологи даже втыкают в клетки иглы, и это их не у
бивает. Эти примеры показывают, что молекулярные машины могут добиратьс
я и входить в клетки.
Распознавание. Антитела и волокна хвоста фага T4, а на самом деле все специ
фические биохимические взаимодействия, показывают, что молекулярные с
истемы, входя в контакт с другими молекулами, могут их распознавать.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47