Разборка. Пищеварительные ферменты (и другие, более жестокие химические
вещества) показывают, что молекулярные системы могут разбирать поврежд
енные молекулы.
Восстановление. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные
системы могут строить или восстанавливать любую молекулу, обнаруживае
мую в клетке.
Повторная сборка. Природа также показывает, что отделенные молекулы мог
ут быть собраны вместе снова. Например, механизмы фага T4 собирают сами себ
я из раствора, чему, очевидно, помогает единственный фермент. Воспроизво
дящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут собирать люб
ую из систем, обнаруживаемых в клетке.
Таким образом, природа демонстрирует все основные операции, необходимы
е, чтобы выполнять ремонт клеток на молекулярном уровне. Что более важно,
как я описал в главе 1, системы, основанные на наномашинах, будут большей ч
астью более компактны и обладать большими возможностями, чем обнаружив
аемые в природе. Естественные системы показывают только нижние границы
возможного в ремонте клеток, также как и во всём остальном.

Машины ремонта клеток

Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем дела
ть полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строит
ь машины, способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.
Машины ремонта клеток будут сопоставимы по размеру с бактериями и вирус
ами, но их более компактные части ""позволят им быть более сложными. Они бу
дут проходить через ткань, как это делают белые клетки крови, и входят в кл
етки, как это делают вирусы, или они могли бы открывать и закрывать клеточ
ные мембраны с хирургической аккуратностью. Внутри клетки машина ремон
та первым делом составит представление о ситуации, исследуя содержимое
клетки и её функционирование, а далее будет предпринимать действия. Перв
ые машины ремонта клеток будут высоко специализированными, способными
распознавать и исправлять только один тип молекулярных нарушений, таки
х как дефицит ферментов или форма повреждения ДНК. В дальнейшем (но не нам
ного позже, так как продвинутые системы технического ИИ будут выполнять
работы по разработке) машины будут программироваться более общими спос
обностями.
Для сложных машин ремонта будут нужны нанокомпьютеры, чтобы ими управля
ть. Механический компьютер шириной в микрон, такой как описан в главе 1, бу
дет умещаться в 1/1000 объема средней клетки, однако будет вмещать больше инф
ормации, чем клеточная ДНК. В системе ремонта, такие компьютеры будут упр
авлять более маленькими и простыми компьютерами, которые в свою очередь
будут управлять машинами, направляя их на исследование, разборку и перес
тройку повреждённых молекулярных структур.
Отрабатывая молекулу за молекулой и структуру за структурой, машины рем
онта будут способны восстанавливать целые клетки. Отрабатывая клетку з
а клеткой и ткань за тканью, они (с помощью больших устройств, там, где это н
еобходимо) будут способны восстанавливать целые органы. Отрабатывая ор
ган за органом по всему телу, они восстановят здоровье. Так как молекуляр
ные машины будут способны строить молекулы и клетки с нуля, они будут спо
собны исправлять даже клетки, повреждённые до степени полной неработос
пособности. Таким образом с машинами ремонта клеток произойдёт фундаме
нтальный прорыв: они освободят медицину от необходимости полагаться на
самовосстановление как единственный способ лечения.
Чтобы представить себе продвинутую машину ремонта клеток, представьте
себе её и клетку увеличенными так, что атомы станут размером с маленький
мраморный шарик. В этом масштабе самые маленькие инструменты машин ремо
нта будут примерно с кончики ваших пальцев; белок среднего размера, тако
й как гемоглобин, будет размером с печатающую машинку; а рибосома будет р
азмером со стиральную машину. Устройство ремонта содержит простой комп
ьютер размером с небольшой трактор, и условия для хранения информации и
приводящей в движение энергии. Объём в десять метров в диагонали Ц разм
ер 3-этажного дома, содержит все эти части и более этого. С частями размеро
м с мраморные шарики, умещённые в этот объём, машины ремонта смогут делат
ь сложные вещи.
Но такое ремонтное устройство не работает в одиночестве. Оно, также как м
ногие его братья и сёстры, связано с большим компьютером посредством мех
анических связей для передачи данных, диаметром как ваша рука. В этом мас
штабе, компьютер размером в кубический микрон с большой памятью заполни
т объем в тридцать этажей в высоту и шириной как футбольное поле. Ремонтн
ые устройства передают ему информацию, а он предаёт обратно общие инстру
кции. Объекты такие большие и сложные тем не менее достаточно маленькие:
в этом масштабе сама клетка будет длинной в километр, вмещая в себе тысяч
и объёмов компьютеров размером в один кубический микрон, и миллионы раз
вмещая в себе объём отдельного ремонтного устройства. В клетках много ме
ста!
Будут ли такие машины способны делать все необходимое для восстановлен
ия клеток? Существующие молекулярные машины демонстрируют способность
проходить через ткани, входить в клетки, распознавать молекулярные стру
ктуры, и т. д., но остальные требования также важны. Будут ли машины ремонта
работать достаточно быстро? Если они будут, будут ли они расходовать нас
только много энергии, что изжарят пациента?
Самый обширный ремонт не может требовать значительно большего количес
тва работы чем создание клетки с нуля. Однако молекулярные машины, работ
ающие в пределах объёма клетки всё время делают именно это, строя новую к
летку за время от десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для мл
екопитающих). Это показывает, что машины ремонта, занимающие несколько п
роцентов от объёма клетки будут способны выполнить обширный ремонт за р
азумное время Ц дни или, самое большее, недели. Клетки могут выделить нео
бходимое пространство. Даже клетки мозга всё ещё функционируют, когда мё
ртвый продукт жизнедеятельности, называемый липофускином (очевидно, пр
одукт молекулярного повреждения клеток) заполняет более десяти процен
тов от их объёма.
Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естествен
ным образом содержат химические вещества, которые дают энергию наномаш
инам. Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в ваш
ем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремите
льно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом. Чтобы распорядиться те
плом от подобного уровня активности ремонтных машин, потеть не придётся
, а если даже и придётся, то не слишком сильно, если неделя потения Ц это це
на здоровья.
Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механи
змами поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшит
ь нашу природу. Ремонт ДНК даёт ясную иллюстрацию.
Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и в
осстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могу
т распознавать и восстанавливать разрывы и перекрёстное связывание в Д
НК. Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы спо
собности читать. В природе не существует таких машин ремонта, но их будет
легко построить. Представьте себе три идентичные молекулы ДНК, каждая из
которых содержит одну и ту же последовательность нуклеотидов. Теперь пр
едставьте себе что в каждой нити произведены мутации так, что случайным
образом изменен порядок нескольких нуклеотидов. Каждая нить всё ещё каж
ется нормальной, если её взять саму по себе. Тем не менее машина ремонта мо
гла бы сравнить каждую нить с другой, один сегмент за другим, и могла бы за
метить, когда нуклеотид не соответствует своей паре. Заменяя неправильн
ые нуклеотиды так, чтобы они соответствовали двум остальным таким образ
ом исправит повреждение.
Этот метод не будет работать, если две нити мутируют в одном и том же месте
. Представьте, что ДНК трех человеческих клеток были тяжело повреждены
Ц после тысяч мутаций в каждой клетке один нуклеотид на миллион был изм
енён. Шанс, что наша трёх-ниточная процедура коррекции не сможет помочь д
елу в любой данной точке примерно один из миллиона миллионов. Но сравнит
е пять ниток сразу и шансы станут один на миллион миллионов миллионов и т.
д. Устройство, которое сравнивание множество нитей сделает возможность
существования неисправимых ошибок практически нулевой.
В реальности машины ремонта сравнят молекулы ДНК из нескольких клеток, с
делают исправленные копии, и будут их использовать как образцы для прове
рки ошибок и восстановления ДНК по всей ткани. Сравнивая несколько нитей
, машины ремонта разительно улучшат наши природные ремонтные ферменты.

Другие виды ремонта потребуют различной информации о здоровых клетках
и о том, как конкретная поврежденная клетка отличается от нормы. Антител
а идентифицируют белки при соприкосновении, и должным образом выбранны
е антитела могут в общем случае отличать любые два белка по их отличающи
мся формам и поверхностным свойствам. Машины ремонта будут идентифицир
овать молекулы аналогичным образом. С подходящим компьютером и базой да
нных, они будут способны идентифицировать белки, читая их аминокислотны
е последовательности.
Рассмотрим сложную и многофункциональную систему ремонта. Объем двух к
убических микрон Ц примерно 2/1000 объема средней клетки Ц будет достаточ
но, чтобы содержать центральную базу данных системы способной:
1. Быстро идентифицировать любой из сотни тысяч или около того различных
человеческих белков, исследуя короткую аминокислотную последовательн
ость.
2. Идентифицировать все остальные сложные молекулы, обычно находимые в к
летках.
3. Делать запись типа и положения каждой большой молекулы в клетке.
Каждое из меньших устройств ремонта (возможно тысяч в одной клетке) буде
т включать компьютер с меньшими возможностями. Каждый из этих компьютер
ов будет способен выполнять более чем тысяча вычислительных шагов за вр
емя, которое потребуется среднему ферменту чтобы заменить всего одну мо
лекулярную связь, так что скорость вычислений возможно кажется более че
м адекватной. Так как каждый компьютер будет на связи с большим компьюте
ром и центральной базой данных, наличная память также кажется адекватно
й. Машины ремонта клеток будут иметь и молекулярные инструменты, которые
им необходимы, и «мозги» в достаточном количестве, чтобы решить, как эти и
нструменты использовать.
Такая сложность будет даже слишком сильным средством для многих пробле
м здоровья. Устройств, которые просто распознают и уничтожают определен
ный вид клетки, например, будет достаточно, чтобы вылечить рак. Размещени
е сети компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркуля
рной пилой, но наличие циркулярной пилы даёт уверенность, что даже очень
твёрдое масло будет порезано. Кажется лучше показать слишком много, чем
слишком мало, если кто-то стремится описать пределы возможного в медици
не.

Некоторые средства

Самые простые медицинские применения наномашин будут включать не ремо
нт, а выборочное разрушение. Раковые образования Ц один из примеров; инф
екционные болезни Ц ещё один. Цель проста: необходимо лишь распознать и
уничтожить опасные репликаторы, будь то бактерии, раковые клетки, вирусы
или черви. Аналогично ненормальные наросты и отложения на стенках артер
ий вызывают большинство сердечных заболеваний; машины их распознают, ра
зрушат и избавление от них освободит артерии для более нормального кров
отока. Выборочное разрушение также излечит заболевания, такие как герпе
с, при котором вирус встраивает свои гены в ДНК клетки-хозяина. Ремонтное
устройство войдёт в клетку, прочитает её ДНК и удалит вставки, которые чи
таются как "герпес".
Восстановление молекул, поврежденных перекрёстным связыванием, будет
также довольно непосредственное. Столкнувшись с белком, поврежденным п
ерекрёстным связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифици
рует, исследовав короткие аминокислотные последовательности, затем по
смотрит правильную структура в базе данных. Далее машина сравнит белок с
тем, каким он должен быть, одну аминокислоту за другой. Также как корректо
р в типографии находит ошибки и опечатки (опеч#тки), она найдет любые измен
енные аминокислоты или неправильное перекрёстное связывание. Исправля
я эти дефекты, она оставит обычным белкам только выполнять нормальную ра
боту клетки.
Машины ремонта также помогут излечению. После сердечного приступа, мерт
вый мускул заменяется тканью шрама. Машины ремонта стимулируют сердце в
ырастить новый мускул, переустановив клеточные механизмы управления. У
далив ткань шрама и управляя новым ростом, они направят сердце на исцеле
ние.
Этот список мог бы продолжаться и продолжаться от одной проблеме к друго
й (Отравление тяжёлыми металлами? Ц Найти и удалить атомы металла), но ле
гко сделать вывод. Физические расстройства происходят от того, что атомы
расположены неправильно; машины ремонта будут способны вернуть их в раб
очий порядок, возвращая тело в здоровое состояние. Вместо того, чтобы сос
тавлять бесконечный список излечиваемых болезней (от артрита, бурсита, р
ака и тропической лихорадки до жёлтой лихорадки и цинковой простуды и об
ратно), имеет смысл посмотреть на пределы того, что машины ремонта клеток
могут делать. А пределы существуют.
Рассмотрим инсульт, как пример проблемы, повреждающей мозг. Предотврати
ть можно будет непосредственно: Является ли кровеносный сосуд в мозгу ос
лабленным, расширившимся и готовым лопнуть?
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