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? Тогда верните ему нужную фор
му, и запустите рост укрепляющих волокон. Ненормальные сгустки угрожают
заблокировать циркуляцию крови? Значит, растворите тромбы и нормализуй
те кровь и внутренний слой кровяных сосудов, чтобы предотвратить повтор
ение. Умеренное повреждение нейронов из-за инсульта также можно будет и
справить: если сниженная циркуляция имеет ослабленную функцию, но остав
ляет структуру клеток неповреждённой, то восстановите циркуляцию и поч
ините клетки, используя их структуры как руководство в восстановлении т
кани в её предыдущее состояние. Это не только восстановит функцию каждой
клетки, но сохранит память и способности, хранящиеся в нейронных структ
урах в этой части мозга.
Машины ремонта будут способны регенерировать новую мозговую ткань даж
е там, где повреждение разрушило эти структуры. Но пациент терял бы стары
е воспоминания и навыки до той степени, до которой они располагались в эт
ой части мозга. Если уникальные нейронные структуры действительно разр
ушены, то машины ремонта клеток могут их восстановить не более, чем реста
вратор мог бы восстановить гобелен из перемешанной золы. Потеря информа
ции вследствие разрушения структур представляет собой самое важное, фу
ндаментальное ограничение для восстановления тканей.
Другие задачи находятся вне возможностей машин ремонта клетки по разли
чным причинам Ц например, поддержание умственного здоровья. Конечно, ма
шины ремонта клеток будут способны исправить некоторые проблемы. Расст
роенное мышление иногда имеет биохимические причины, как будто мозг вво
дил бы себе наркотики или отравлял себя, а другие проблемы возникают из-з
а разрушения ткани. Но многие проблемы имеют мало общего со здоровьем не
рвных клеток, а зато целиком связано со здоровьем разума.
Разум и ткань мозга подобны роману и бумаге, из которой сделана эта книга.
Пролитые чернила или повреждения, причинённые наводнением, могут повре
дить книге, делая роман, трудным для чтения. Машины ремонта книг могли бы т
ем не менее восстановить "физическое здоровье", удаляя инородные чернила
или высушивая и восстанавливая повреждённые волокна бумаги. Однако так
ое лечение не имело бы ничего общего с содержимым книги, реальный смысл к
оторого на самом деле имеет нематериален. Если книга была бы дешёвым ром
аном с шаблонным сюжетом и пустыми словами, ремонт требовался бы не для ч
ернил и бумаги, а для самого романа. Это бы называлось не физическим ремон
том, а больше работой для автора, может быть с некоторыми советами.
Точно так же удаление ядов из мозга и восстановление нервных волокон раз
рядит некоторые туманы в уме, но не переделает содержание разума. Оно мож
ет быть изменено пациентом, с усилием; все мы Ц авторы своих умов. Но поск
ольку умы изменяют сами себя, изменяя мозг, наличие здорового мозга помо
жет здоровому мышлению больше, чем качественная бумага способствует зд
оровому письму.
Читатели, знакомые с компьютерами могут предпочитать думать в терминах
аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Машина могла бы восс
танавливать аппаратные средства ЭВМ компьютера, не понимая и не изменяя
его программное обеспечение.
Такие машины могли бы останавливать деятельность компьютера, но оставл
ять структуры в памяти неповрежденными и готовыми работать снова. В комп
ьютерах с нужным видом памяти (называемой "энергонезависимой"), пользова
тели это делают, просто выключая питание. Работа мозга кажется более сло
жной, однако могли бы найтись преимущества с медицинской точки зрения в
том, чтобы вызывать подобные состояния.

Анестезия плюс

Врачи уже останавливают перезапускают сознание, вмешиваясь в химическ
ие процессы, которые лежат в основе разума. На всём протяжении активной ж
изни молекулярные машины в мозгу обрабатывают молекулы. Некоторые разб
ирают на составные части сахар, комбинируют их с кислородом, и забирают э
нергию, которая при этом высвобождается. Некоторые перекачивают ионы со
ли через клеточные мембраны; иные строят маленькие молекулы и высвобожд
ают их, чтобы давать сигналы другим клеткам. Такие процессы образуют обм
ен веществ мозга, итог всей его химической деятельности. Вместе со своим
и электрическими эффектами, этот обмен веществ лежит в основе изменяющи
хся структур мысли.
Хирурги оперируют людей скальпелями. В середине 1800-ых, они научились испо
льзовать химические вещества, которые вмешиваются в обмен веществ мозг
а, блокируя сознательную мысль и предотвращая слишком энергичное сопро
тивление пациентов тому, чтобы их резали. Эти химические вещества Ц обе
зболивающие. Их молекулы свободно входят и покидают мозг, позволяя анест
езиологам прерывать и восстанавливать человеческое сознание.
Люди давно мечтают об открытии препарата, который бы вмешивался в метабо
лизм всего тела, препарат, способный прерывать метаболизм полностью в те
чение часов, дней или лет. Результатом было бы состояние биостаза (от био-,
что значит «жизнь», и Ц стаз, что значит «остановка» или "стабильное сост
ояние"). Метод продуцирования обратимого биостаза мог бы помочь космонав
там в долгих космических путешествиях, чтобы сэкономить еду и избежать с
куки, или он мог бы служить чем-то вроде однонаправленной машины времени.
В медицине биостаз обеспечил бы длительную анестезию, давая врачам боль
ше времени, чтобы работать. Когда случаются несчастные случаи вдали от м
едицинской помощи, хорошая процедура биостаза обеспечила бы универсал
ьный способ первой помощи: она бы стабилизировала состояние пациента и п
редотвратила бы безумную работу молекулярных машин и повреждение ткан
ей.
Но никто не нашел препарата, способного полностью остановить метаболиз
м так, как обезболивающие останавливают сознание Ц то есть так, чтобы мо
жно было полностью всё вернуть обратно, лишь вымыв препарат из тканей па
циента. Тем не менее, обратимый биостаз будет возможным когда появятся м
ашины ремонта.
Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьт
е, что кровяной поток несёт простые молекулярные устройства к тканям, гд
е они входят в клетки. Там они блокируют молекулярные машины обмена веще
ств, в мозгу и в других местах, и связывают структуры стабилизирующими пе
рекрёстными связями. Другие молекулярные устройства далее входят, заме
щая воду и упаковывая себя плотно вокруг молекул клетки. Эти шаги остано
вят метаболизм и сохранят клеточные структуры. Так как машины ремонта кл
еток будут использоваться для обращения этого процесса вспять, это може
т нанести умеренные молекулярные повреждения, но никакого продолжител
ьного вреда. При остановленном метаболизме и клеточных структурах, жёст
ко удерживаемых на своих местах, пациент будет спокойно отдыхать, без сн
овидений и неизменённым, до тех пор пока машины ремонта не вернут ему акт
ивную жизнь.
Если пациент в этом состоянии был бы передан современному врачу, неосвед
омленному о способностях машин ремонта клетки, последствия были бы, веро
ятно, мрачны. Не наблюдая никаких признаков жизни, врач вероятно заключи
л бы, что пациент мертв, и далее воплотил бы это суждение в реальность «пре
дписав» вскрытие, за которым последует похороны или кремация.
Но наш воображаемый пациент живет в эпоху, когда биостаз, как известно, яв
ляется только приостановкой жизни, а не её концом. Когда контракт пациен
та говорит "Разбудите "Разубраменя!" "(Или ремонт окончен, или полет к звезд
ы завершён), врач, ухаживающий за пациентом начинает оживление. Машины ре
монта входят в ткани пациента, удаляя упаковку вокруг молекул пациента и
заменяя их водой. Далее они удалят перекрёстные связи, починяя все повре
ждённые молекулы и структуры, и восстанавливая нормальные концентраци
и соли, сахара в крови, аденинтрифосфорной кислоты и т. д. Наконец, они разб
локируют механизмы обмена веществ. Приостановленный процесс метаболиз
ма продолжится, пациент зевнёт, потянется, сядет, поблагодарит доктора, у
знает, какое сегодня число, выйдет за дверь и отправится восвояси.
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