Курсовая работа: Цивилизация богов. Прогноз развития науки и техники в 21-м столетии

Понимание специализированных эволюционных наработок Природы позволило ученым сравнить механизмы реализации признаков (функций) у различных биологических видов и у человека, получить тем самым ценный материал для будущего улучшения человеческого генома. С точки зрения большей части земного общества, расширение возможностей человека за счет использования эволюционных наработок Природы являлось допустимым и возможным. По мере дальнейшего исследования земных организмов тщательно изучались и отбирались лучшие механизмы реализации признаков (функций), которые могли быть с успехом использованы для конструирования более совершенного организма, чем существующий человеческий организм.

Продолжалось всестороннее изучение химических свойств молекул ДНК человека. Особенно исследователей интересовало взаимодействие ДНК и биологически активных веществ (ферментов, ядов, гормонов и др.) животного и растительного происхождения. Целью, которую ставили перед собой ученые, было создание картотеки химических соединений избирательного действия, способных присоединяться к строго определенным участкам «молекулы жизни». Из практики народного врачевания различных стран мира были позаимствованы лекарственные средства, воздействующие на организм человека на внутриклеточном уровне. Из десятков тысяч биологически активных веществ подобного действия, используемых в народной медицине в течение сотен и тысяч лет, после тщательного изучения были отобраны всего несколько сотен. Отбор производился по критерию устойчивого взаимодействия биологически активного вещества и ДНК человека непосредственно в функционирующей клетке человеческого организма. Дальнейшее изучение отобранных биологически активных веществ естественного происхождения шло по пути моделирования биохимических реакций их взаимодействия с ДНК, а также по пути понимания механизмов связывания данных веществ с определенными участками «молекулы жизни».

Проводимые на протяжении двух десятков лет исследования завершились систематизацией биологически активных веществ по признаку конкретного места присоединения данного соединения к ДНК. Из большого разнообразия лекарственных средств народной медицины были вычленены вещества, способные избирательно связываться с определенными генами. Полученные знания начали использоваться для разработки средств целевой доставки лекарственных препаратов в генной терапии. Несколько позже, при помощи технологий компьютерного моделирования, из молекул отобранных веществ были выделены активные центры молекул, ответственные за избирательное взаимодействие с ДНК. Подобные активные центры были использованы при создании средств целевой доставки препаратов генной терапии к дефектным участкам генома.

Средства целевой доставки препаратов генной терапии представляли собой сложные белково-липосомные комплексы, близкие по своему строению к иммунным комплексам, широко применяемым в фармации и косметологии. Различием между средствами целевой доставки препаратов генной терапии и иммунными комплексами являлся более глубокий уровень воздействия на органическую материю. Это различие диктовало также повышенную сложность строения белково-липосомных комплексов. Присоединение такого комплекса к функционирующей клетке осуществлялось на основе взаимодействия двух белков, являющихся соответственно «ключом» и «замком». «Замком» являлся трехмерный белковый «орнамент» наружной поверхности клеточной мембраны, а «ключом» - синтезированное вне организма человека специфическое антитело к данной белковой структуре. Такой подход гарантировал доставку капсулы с препаратами генной терапии к определенной клетке. После проникновения капсулы внутрь клетки, ее содержимое высвобождалось, и в действие вступала вторая ступень комплекса, представляющая собой связку активный центр и собственно препарат генной терапии. Место присоединения активного центра к молекуле ДНК задавалось формулой активного центра, чья структура также определяла ширину дефектного участка генома, на который воздействует препарат генной терапии.

Различные комбинации активных центров и препаратов генной терапии позволили покрыть эффективным нормализующим воздействием обширные участки генома. Возможность избирательно воздействовать на конкретный единичный ген, не затрагивая при этом функций соседних генов, позволяла оказывать адресное активирующее или угнетающее воздействие на дефектные участки генома, состоящие из одного или нескольких генов. Это в свою очередь открывало перспективы нормализации и улучшения генов непосредственно в клетках функционирующего человеческого организма на протяжении всей жизни человека. По сути, зарождался новый класс лекарств, теоретически способных одновременно воздействовать на все клетки человеческого организма. На практике это означало возможность экстренного восстановления или угнетения функций генов и групп генов, требующих нормализующего воздействия, в сжатые временные сроки. Весьма близкими последствиями развития подобных технологий могли стать омоложение организма человека, увеличение активной продолжительности жизни, индивидуальное улучшение клеток, тканей и органов. Более отдаленными последствиями зарождающихся технологий виделась практика одновременного воздействия на неограниченное количество клеток, составляющих ткань либо орган человеческого организма, а также контролируемое выращивание новых органов и тканей человека непосредственно в функционирующем организме.

Необходимо заметить, что во многих лечебных учреждениях мира на протяжении последних двенадцати лет искусственно выращивались, и довольно успешно, некоторые ткани и органы человека. Существующие технологии выращивания человеческих органов и тканей вне организма были чрезвычайно сложны, в основном, потому что требовали наличия строго регламентируемой по физико-химическим параметрам питательной среды, состоящей из сотен ингредиентов. К сожалению, в данных технологиях не использовались свойственные живым организмам механизмы генетического сопровождения и контроля над развитием собственных органов и тканей, в первую очередь из-за недостаточности знаний о работе этих механизмов. Недостаток знаний потребовал разработать механизмы принудительного воздействия, дублирующие программу генетического сопровождения и контроля, имеющуюся в каждом живом организме. Программа генетического сопровождения и контроля регламентирует выполнение клетками определенных для данного месторасположения функций и этапов развития, выбранных из огромного числа возможных вариантов. Взаимная координация групп клеток на этапах развития есть необходимое условие при любых процессах роста и развития клеток, тканей, органов и организма в целом. Отсутствие взаимной координации при любых процессах роста неизбежно приведет к неуправляемому росту тканей и, как следствие, к взаимному подавлению полезных выполняемых функций с точки зрения целостного органа, организма.

Традиционно для формирования объемной структуры выращиваемых вне человеческого организма тканей и органов применялись механические ограничения, а также ограничения в питательных веществах, необходимых для роста клеток. Теперь же появились новые возможности для поэтапного регулирования процессов клеточного роста и развития. Для коррекции процессов клеточного роста начали впервые применять препараты генной терапии, содержащие химические соединения избирательного действия, одновременно активирующие либо деактивирующие гены и группы генов в большом количестве клеток. Таким образом, осуществлялось контролируемое поэтапное выполнение намеченной программы роста клеточной ткани или целостного органа. Выращивание искусственных органов вне организма человека стало хорошим полигоном, на котором шлифовались технологии поэтапного регулирования процессов роста и развития биологической материи препаратами генной терапии.

Полученные в результате совместного труда ученых и энтузиастов из многих стран знания, конечно же, беззастенчиво использовались в военных лабораториях для совершенствования генетического оружия. Разработка «генетических пуль» являлась оборотной стороной совершенствования препаратов генной терапии. Вывести из строя и сломать человеческий организм, всегда было легче, чем создать и вылечить его. Совершенное генетическое оружие открывало перспективы властвования всей планетой, и к тому же было менее затратным, чем разработка совершенных препаратов генетического регулирования для медицинских целей. По этим причинам работа над созданием генетического оружия проводилась в военных ведомствах десятков стран мира, не останавливаясь ни на минуту, с привлечением лучшего оборудования и неограниченных средств. К множеству существующих способов умерщвления человека добавились десятки новых, коварных и изощренных. Генетическое оружие, способное воздействовать на различные уровни организации биологической материи, и способное вывести из строя клетки, ткани и органы человека, а также уничтожить любые животные и растительные организмы, стало реальностью. Применение его было затруднено и даже запрещено существующими конвенциями, международными договоренностями и соглашениями, как впрочем, и применение других видов оружия массового поражения. Но риск возникновения мировой катастрофы, как следствие самого факта существования подобного оружия, вырос многократно. Свободное хождение препаратов генной терапии плюс профессиональные знания недобросовестных ученых могли породить изощренные доморощенные способы генетического унижения и уничтожения человека, которые мыслящим ученым прошлых лет не могли представиться даже в кошмарном сне. В конце десятилетия были зафиксированы первые случаи террористических актов с применением «генетических пуль» и других видов генетического оружия. Спецслужбы ведущих стран мира и мощных транснациональных компаний взяли на вооружение индивидуально разработанные «генетические яды», способные избирательно умертвить конкретного человека, превратить его в инвалида либо в сумасшедшего.

Также участились случаи хулиганского применения самодельных химических соединений, негативно влияющих на гены человеческого организма. Изначально ненаправленное на гибель людей, это было явление того же порядка, что и разработка компьютерных вирусов, синтез самодельных наркотиков и ядов, разработка доморощенных взрывных устройств и т.п., однако все чаще применение подобных химических соединений приводило к гибели людей. Доступ к современным знаниям и технологиям в совокупности с особенностями человеческой психики и в соответствии с постулатами теории вероятностей порождал страшные технологические химеры, смертельно опасные для человечества, но удовлетворяющие самодовольные амбиции непризнанных «гениев».

Для небольших специальных подразделений, выполняющих особые операции, при которых велик риск смертельного повреждения организма, а также для представителей высших эшелонов власти стала обычной практика превентивного выращивания важнейших органов и тканей на случай их повреждения в экстремальных ситуациях. Существенные затраты на эти цели могли позволить себе только экономически развитые и богатые страны или международные организации, в частности такой подход реализовывала ООН для защиты политических деятелей от террористических актов, а также солдат при обеспечении миротворческих миссий.

Широкое распространение в мире получили промышленные селективные технологии, основанные на использовании специфических белковых молекул (антител). В подобных технологиях эффективно задействовался принцип избирательности, свойственный сложным биологическим объектам, который определял избирательный иммунный ответ организма при попадании в него чужеродного вещества. Антитела, вырабатываемые организмом для связывания определенного химического соединения, теоретически могли избирательно связывать молекулы любых веществ, и делать это тем эффективнее, чем более сложное строение имели эти вещества. На практике для создания специфических антител к определенному химическому соединению, вначале разрабатывалась компьютерная модель взаимодействия этого химического соединения и моделей белковых молекул из существующего банка данных. После предварительного перебора вариантов осуществлялся отбор нескольких подходящих молекул-претендентов на роль антитела, после чего наступала стадия оптимизации химической структуры этих белковых молекул. Не стоит забывать, что все вычислительные и аналитические процессы осуществлялись на компьютерных моделях, а не на материальных объектах. Мощное компьютерное сопровождение позволяло перебирать десятки миллионов вариантов возможного строения белковой молекулы и отбирать из них наиболее оптимальные, хотя, все это и занимало достаточно много времени.

Параллельно проводились работы по созданию специфических антител к различным химическим соединениям непосредственно в функционирующем организме животного или человека. При этом задействовались естественные программы создания специфических антител, выработанные и отшлифованные эволюцией. Полученные результаты обязательно отображались в виде компьютерной модели и подвергались тщательному анализу и уточнению.

Оба указанных способа дополняли друг друга, что способствовало получению быстрых и качественных результатов. После того как структурная искомая формула белковой молекулы была определена, в дело вступали генные инженеры со своими специфическими методами. Конечной целью их работы являлось создание последовательности нуклеотидов, кодирующих синтез данного белка, или другими словами группы генов, способных продуцировать именно этот белок. Оптимизация исходной группы генов методами генной инженерии позволяла добиться желаемых результатов и в конечном итоге синтезировать именно ту молекулу белка, структура которой была определена в процессе компьютерного моделирования как самая оптимальная. В дальнейшем массовые количества специфических белковых молекул получались путем синтеза белка в клеточных культурах.

Селективные технологии применялись в первую очередь для извлечения редких либо дорогостоящих химических соединений из растворов малых концентраций и загрязненных растворов различного происхождения. В медицине и фармацевтике они применялись для качественной очистки биологических растворов, как в лабораторных условиях, так и в составе живых организмов, что являлось перспективной новацией. Еще одной областью применения являлось извлечение из природных и искусственных растворов больших количеств полезных химических соединений массового применения. Себестоимость извлечения таких недорогих веществ была достаточно высока, однако быстро уменьшалась по мере распространения новых технологий. Для извлечения больших количеств полезных веществ конструировались специфические белки длительного использования, способные к регенерации своих свойств. Как правило, белковые молекулы крепились химическим путем к инертной керамической подложке, выполняющей конструкционные и защитные функции.

Большое внимание ученые уделяли изучению эволюционных наработок Природы. Так изучение морских организмов, концентрирующих в себе отдельные химические элементы и соединения, позволило расшифровать структуру нескольких десятков белков, избирательно связывающихся с теми либо иными компонентами, растворенными в морской воде. Оптимизация компьютерных моделей и конструирование оптимальных последовательностей нуклеотидов привели к созданию искусственных микроорганизмов, продуцирующих промышленные количества белковых молекул, способных селективно связывать некоторые полезные компоненты из водных растворов. Первыми кандидатами на извлечение из морской воды стали благородные и редкоземельные металлы. Значительный интерес также вызывала возможность добычи из природных и технологических водных растворов радиоактивных элементов с целью использования их в энергетических и военных установках. Эту задачу чрезвычайно сложно было реализовать на практике. Повышенная радиоактивность резко снижала эффективность функционирования белковых молекул и приводила к их быстрому разрушению из-за сильного радиохимического действия на атомы составляющих элементов. Применение белковых молекул для обогащения и концентрации радиоактивных элементов, требовало создания дополнительных систем ремонта и жизнеобеспечения этих белковых молекул. Выполнение новых дополнительных функций требовало перехода на следующий уровень сложности – уровень простейшего организма, который совмещал бы в себе технологические и поддерживающие собственное существование действия.

Казалось, что при помощи селективных технологий вот-вот станет возможным извлечение из неагрессивных растворов любых веществ. Однако такой заманчивый результат был делом завтрашнего дня. Реальностью дня сегодняшнего являлось конструирование белковых молекул с заданными свойствами, для этого существовали научные и технологические предпосылки. Трудности начинались при взаимной увязке последовательностей нуклеотидов, кодирующих синтез сложных белковых молекул, поскольку еще недостаточно было собрано данных о взаимосвязях вида «ген – белок», чтобы уверенно оперировать такими строительными блоками как гены. Поэтому при конструировании белковых молекул избирательного действия за основу часто приходилось брать расшифрованные природные последовательности нуклеотидов, кодирующих близкие аналоги конструируемых молекул.

Расцвет биохимии, цитологии, генной инженерии, каталитической химии и других наук, основанных на использовании свойств вещества, был предопределен небывалыми возможностями компьютерного моделирования, которые базировались на сверхмощных компьютерах и совершенном программном обеспечении. В ближайшей перспективе вырисовывались контуры новой интегральной технологии – компьютерного конструирования вещества с заданными свойствами. Под термином «вещество» следовало понимать как неорганические соединения, так и объекты органической химии, в том числе сложные и сверхсложные соединения, участвующие в биохимических реакциях живых организмов. Основной задачей такой интегральной технологии являлось улучшение, оптимизация химических процессов, создание новых совершенных веществ и реакций, за счет максимального использования свойств вещества. Конструирование новых химических соединений и реакций в виртуальной среде позволяло обойтись без сотен миллионов натурных опытов, экономя тем самым ресурсы и время всей планеты, сокращая сроки, необходимые для создания тех или иных материальных благ. Но это все еще во многом было делом будущего. А пока технологии компьютерного конструирования новых веществ отрабатывались на множестве отдельно существующих моделей (уровней единого пространства виртуального моделирования), используемых в генетике, фармацевтике, каталитической химии и других науках. Для объединения всего наработанного опыта в рамках одной технологии требовались компьютерные мощности в сотни миллионов терафлоп и универсальное программное обеспечение, позволяющее работать с различными базами данных, большинство из которых формировалось на основе специализированных и локальных программ.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5