Будут ли такие машины способны делать все необходимое для восстановления клеток? Существующие молекулярные машины демонстрируют способность проходить через ткани, входить в клетки, распознавать молекулярные структуры, и т. д., но остальные требования также важны. Будут ли машины ремонта работать достаточно быстро? Если они будут, будут ли они расходовать настолько много энергии, что изжарят пациента?

Самый обширный ремонт не может требовать значительно большего количества работы чем создание клетки с нуля. Однако молекулярные машины, работающие в пределах объёма клетки всё время делают именно это, строя новую клетку за время от десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для млекопитающих). Это показывает, что машины ремонта, занимающие несколько процентов от объёма клетки будут способны выполнить обширный ремонт за разумное время – дни или, самое большее, недели. Клетки могут выделить необходимое пространство. Даже клетки мозга всё ещё функционируют, когда мёртвый продукт жизнедеятельности, называемый липофускином (очевидно, продукт молекулярного повреждения клеток) заполняет более десяти процентов от их объёма.

Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естественным образом содержат химические вещества, которые дают энергию наномашинам. Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом. Чтобы распорядиться теплом от подобного уровня активности ремонтных машин, потеть не придётся, а если даже и придётся, то не слишком сильно, если неделя потения – это цена здоровья.

Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механизмами поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшить нашу природу. Ремонт ДНК даёт ясную иллюстрацию.

Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут распознавать и восстанавливать разрывы и перекрёстное связывание в ДНК. Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы способности 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 представьте себе что в каждой нити произведены мутации так, что случайным образом изменен порядок нескольких нуклеотидов. Каждая нить всё ещё кажется нормальной, если её взять саму по себе. Тем не менее машина ремонта могла бы сравнить каждую нить с другой, один сегмент за другим, и могла бы заметить, когда нуклеотид не соответствует своей паре. Заменяя неправильные нуклеотиды так, чтобы они соответствовали двум остальным таким образом 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 – после тысяч мутаций в каждой клетке один нуклеотид на миллион был изменён. Шанс, что наша трёх-ниточная процедура коррекции не сможет помочь делу в любой данной точке примерно один из миллиона миллионов. Но сравните 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, сделают исправленные копии, и будут их использовать как образцы для проверки 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. Антитела идентифицируют белки при соприкосновении, и должным образом выбранные антитела могут в общем случае отличать любые два белка по их отличающимся формам и поверхностным свойствам. Машины ремонта будут идентифицировать молекулы аналогичным образом. С подходящим компьютером и базой данных, они будут способны идентифицировать белки, читая их аминокислотные последовательности.

Рассмотрим сложную и многофункциональную систему ремонта. Объем двух кубических микрон – примерно 2/1000 объема средней клетки – будет достаточно, чтобы содержать центральную базу данных системы способной:

1. Быстро идентифицировать любой из сотни тысяч или около того различных человеческих белков, исследуя короткую аминокислотную последовательность.

2. Идентифицировать все остальные сложные молекулы, обычно находимые в клетках.

3. Делать запись типа и положения каждой большой молекулы в клетке.

Каждое из меньших устройств ремонта (возможно тысяч в одной клетке) будет включать компьютер с меньшими возможностями. Каждый из этих компьютеров будет способен выполнять более чем тысяча вычислительных шагов за время, которое потребуется среднему ферменту чтобы заменить всего одну молекулярную связь, так что скорость вычислений возможно кажется более чем адекватной. Так как каждый компьютер будет на связи с большим компьютером и центральной базой данных, наличная память также кажется адекватной. Машины ремонта клеток будут иметь и молекулярные инструменты, которые им необходимы, и «мозги» в достаточном количестве, чтобы решить, как эти инструменты использовать.

Такая сложность будет даже слишком сильным средством для многих проблем здоровья. Устройств, которые просто распознают и уничтожают определенный вид клетки, например, будет достаточно, чтобы вылечить рак. Размещение сети компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркулярной 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 медицине.

Самые простые медицинские применения наномашин будут включать не ремонт, а выборочное разрушение. Раковые образования – один из примеров; инфекционные болезни – 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 артерий вызывают большинство сердечных заболеваний; машины их распознают, разрушат и избавление от них освободит артерии для более нормального кровотока. Выборочное разрушение также излечит заболевания, такие как герпес, при котором вирус встраивает свои гены в ДНК клетки-хозяина. Ремонтное устройство войдёт в клетку, прочитает её ДНК и удалит вставки, которые читаются как "герпес".

Восстановление молекул, поврежденных перекрёстным связыванием, будет также довольно непосредственное. Столкнувшись с белком, поврежденным перекрёстным связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифицирует, исследовав короткие аминокислотные последовательности, затем посмотрит правильную структура в базе данных. Далее машина сравнит белок с тем, каким он должен быть, одну аминокислоту за другой. Также как корректор в типографии находит ошибки и опечатки (опеч#тки), она найдет любые измененные аминокислоты или неправильное перекрёстное связывание. Исправляя эти дефекты, она оставит обычным белкам только выполнять нормальную работу клетки.

Машины ремонта также помогут излечению. После сердечного приступа, мертвый мускул заменяется тканью шрама. Машины ремонта стимулируют сердце вырастить новый мускул, переустановив клеточные механизмы управления. Удалив ткань шрама и управляя новым ростом, они направят сердце на исцеление.

Этот список мог бы продолжаться и продолжаться от одной проблеме к другой (Отравление тяжёлыми металлами? – Найти и удалить атомы металла), но легко сделать вывод. Физические расстройства происходят от того, что атомы расположены неправильно; машины ремонта будут способны вернуть их в рабочий порядок, возвращая тело в здоровое состояние. Вместо того, чтобы составлять бесконечный список излечиваемых болезней (от артрита, бурсита, рака и тропической лихорадки до жёлтой лихорадки и цинковой простуды и обратно), имеет смысл посмотреть на пределы того, что машины ремонта клеток могут делать. А пределы существуют.

Рассмотрим инсульт, как пример проблемы, повреждающей мозг. Предотвратить можно будет непосредственно: Является ли кровеносный сосуд в мозгу ослабленным, расширившимся и готовым лопнуть? Тогда верните ему нужную форму, и запустите рост укрепляющих волокон. Ненормальные сгустки угрожают заблокировать циркуляцию крови? Значит, растворите тромбы и нормализуйте кровь и внутренний слой кровяных сосудов, чтобы предотвратить повторение. Умеренное повреждение нейронов из-за инсульта также можно будет исправить: если сниженная циркуляция имеет ослабленную функцию, но оставляет структуру клеток неповреждённой, то восстановите циркуляцию и почините клетки, используя их структуры как руководство в восстановлении ткани в её предыдущее состояние. Это не только восстановит функцию каждой клетки, но сохранит память и способности, хранящиеся в нейронных структурах в этой части мозга.

Машины ремонта будут способны регенерировать новую мозговую ткань даже там, где повреждение разрушило эти структуры. Но пациент терял бы старые воспоминания и навыки до той степени, до которой они располагались в этой части мозга. Если уникальные нейронные структуры действительно разрушены, то машины ремонта клеток могут их восстановить не более, чем реставратор мог бы восстановить гобелен из перемешанной золы. Потеря информации вследствие разрушения структур представляет собой самое важное, фундаментальное ограничение для восстановления тканей.

Другие задачи находятся вне возможностей машин ремонта клетки по различным причинам – например, поддержание умственного здоровья. Конечно, машины ремонта клеток будут способны исправить некоторые проблемы. Расстроенное мышление иногда имеет биохимические причины, как будто мозг вводил бы себе наркотики или отравлял себя, а другие проблемы возникают из-за разрушения ткани. Но многие проблемы имеют мало общего со здоровьем нервных 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 повредить книге, делая роман, трудным для чтения. Машины ремонта книг могли бы тем не менее восстановить "физическое здоровье", удаляя инородные чернила или высушивая и восстанавливая повреждённые волокна бумаги. Однако такое лечение не имело бы ничего общего с содержимым книги, реальный смысл которого на самом деле имеет нематериален. Если книга была бы дешёвым романом с шаблонным сюжетом и пустыми словами, ремонт требовался бы не для чернил и бумаги, а для самого романа. Это бы называлось не физическим ремонтом, а больше работой для автора, может быть с некоторыми советами.

Точно так же удаление ядов из мозга и восстановление нервных волокон разрядит некоторые туманы в уме, но не переделает содержание разума. Оно может быть изменено пациентом, с усилием; все мы – авторы своих умов. Но поскольку умы изменяют сами себя, изменяя мозг, наличие здорового мозга поможет здоровому мышлению больше, чем качественная бумага способствует здоровому письму.

Читатели, знакомые с компьютерами могут предпочитать думать в терминах аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Машина могла бы восстанавливать аппаратные средства ЭВМ компьютера, не понимая и не изменяя его программное обеспечение.

Такие машины могли бы останавливать деятельность компьютера, но оставлять структуры в памяти неповрежденными и готовыми работать снова. В компьютерах с нужным видом памяти (называемой "энергонезависимой"), пользователи это делают, просто выключая питание. Работа мозга кажется более сложной, однако могли бы найтись преимущества с медицинской точки зрения в том, чтобы вызывать подобные состояния.

Врачи уже останавливают перезапускают сознание, вмешиваясь в химические процессы, которые лежат в основе разума. На всём протяжении активной жизни молекулярные машины в мозгу обрабатывают молекулы. Некоторые разбирают на составные части сахар, комбинируют их с кислородом, и забирают энергию, которая при этом высвобождается. Некоторые перекачивают ионы соли через клеточные мембраны; иные строят маленькие молекулы и высвобождают их, чтобы давать сигналы другим клеткам. Такие процессы образуют обмен веществ мозга, итог всей его химической деятельности. Вместе со своими электрическими эффектами, этот обмен веществ лежит в основе изменяющихся структур мысли.

Хирурги оперируют людей скальпелями. В середине 1800-ых, они научились использовать химические вещества, которые вмешиваются в обмен веществ мозга, блокируя сознательную мысль и предотвращая слишком энергичное сопротивление пациентов тому, чтобы их резали. Эти химические вещества – обезболивающие. Их молекулы свободно входят и покидают мозг, позволяя анестезиологам прерывать и восстанавливать человеческое сознание.

Люди давно мечтают об открытии препарата, который бы вмешивался в метаболизм всего тела, препарат, способный прерывать метаболизм полностью в течение часов, дней или лет. Результатом было бы состояние биостаза (от био-, что значит «жизнь», и – стаз, что значит «остановка» или "стабильное состояние"). Метод продуцирования обратимого биостаза мог бы помочь космонавтам в долгих космических путешествиях, чтобы сэкономить еду и избежать скуки, или он мог бы служить чем-то вроде однонаправленной машины времени. В медицине биостаз обеспечил бы длительную анестезию, давая врачам больше времени, чтобы работать. Когда случаются несчастные случаи вдали от медицинской помощи, хорошая процедура биостаза обеспечила бы универсальный способ первой помощи: она бы стабилизировала состояние пациента и предотвратила бы безумную работу молекулярных машин и повреждение тканей.

Но никто не нашел препарата, способного полностью остановить метаболизм так, как обезболивающие останавливают сознание – то есть так, чтобы можно было полностью всё вернуть обратно, лишь вымыв препарат из тканей пациента. Тем не менее, обратимый биостаз будет возможным когда появятся машины ремонта.

Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьте, что кровяной поток несёт простые молекулярные устройства к тканям, где они входят в клетки. Там они блокируют молекулярные машины обмена веществ, в мозгу и в других местах, и связывают структуры стабилизирующими перекрёстными связями. Другие молекулярные устройства далее входят, замещая воду и упаковывая себя плотно вокруг молекул клетки. Эти шаги остановят метаболизм и сохранят клеточные структуры. Так как машины ремонта клеток будут использоваться для обращения этого процесса вспять, это может нанести умеренные молекулярные повреждения, но никакого продолжительного вреда. При остановленном метаболизме и клеточных структурах, жёстко удерживаемых на своих местах, пациент будет спокойно отдыхать, без сновидений и неизменённым, до тех пор пока машины ремонта не вернут ему активную жизнь.

Если пациент в этом состоянии был бы передан современному врачу, неосведомленному о способностях машин ремонта клетки, последствия были бы, вероятно, мрачны. Не наблюдая никаких признаков жизни, врач вероятно заключил бы, что пациент мертв, и далее воплотил бы это суждение в реальность «предписав» вскрытие, за которым последует похороны или кремация.

Но наш воображаемый пациент живет в эпоху, когда биостаз, как известно, является только приостановкой жизни, а не её концом. Когда контракт пациента говорит "Разбудите "Разубраменя!" "(Или ремонт окончен, или полет к звезды завершён), врач, ухаживающий за пациентом начинает оживление. Машины ремонта входят в ткани пациента, удаляя упаковку вокруг молекул пациента и заменяя их водой. Далее они удалят перекрёстные связи, починяя все повреждённые молекулы и структуры, и восстанавливая нормальные концентрации соли, сахара в крови, аденинтрифосфорной кислоты и т. д. Наконец, они разблокируют механизмы обмена веществ. Приостановленный процесс метаболизма продолжится, пациент зевнёт, потянется, сядет, поблагодарит доктора, узнает, какое сегодня число, выйдет за дверь и отправится восвояси.

Обратимость биостаза и необратимость серьезного повреждения из-за инсульта помогает показать, как машины ремонта клеток изменят медицину. Сегодня врачи могут только помочь тканям себя излечивать. Соответственно они должны пытаться сохранить функцию ткани. Если ткань не может функционировать, они не могут излечить. Что хуже, если ткани не сохраняются, за этим следует их порча, и в конце концов разрушение структуры. Это также, как если бы механические инструменты были бы способны работать только на работающей машине.

Машины ремонта клеток изменяют центральное требование сохранить функцию на требование сохранить структуру. Как я отметил, обсуждая инсульт, машины ремонта будут способны восстановить мозговую функцию с памятью и навыками, неповрежденными только если отличительная структура участка нейронной ткани сохраняется неповреждённой. Биостаз включает сохранение нейронной структуры в то время как тщательно блокирует функцию.

Все это – прямое следствие молекулярной природы ремонта. Врачи, использующие скальпели и лекарства могут чинить клетки не больше, чем кто-либо с киркой и банкой машинного масла, может восстановить высокоточные часы. Напротив, наличие машин ремонта и обычных питательных веществ будет подобно наличию инструментов часовщика и неограниченной поставке запасных частей. Машины ремонта клетки изменят медицину в её основе.

Медицинские исследователи сейчас изучают болезни, часто ища способы предотвратить их или полностью обратить вспять, блокируя ключевой шаг в процессе развития болезни. Получающееся в результате знание очень помогло врачам: они теперь выписывают инсулин для компенсации диабета, противогипертонические препараты для предотвращения инсульта, пенициллин, чтобы лечить инфекционные заболевания, и так далее, весь список впечатляет. Молекулярные машины помогут в изучении болезней, однако делают понимание болезни намного менее важным. Машины ремонта сделают более важным понимание здоровья.

Тело может болеть большим числом способов, чем быть здоровым. Здоровая ткань мускула, например, различается достаточно малым количеством способов: она может быть сильнее или слабее, быстрее или медленнее, иметь тот или иной антиген и т. д. Поврежденная ткань мускула может различаться всеми этими способами, однако также страдает от любой комбинации из деформаций, разрывов, вирусных инфекций, паразитических червей, синяков, проколов, ядовитых веществ, сарком, изнуряющих болезней и врождённых уродств. Аналогично, хотя нейроны переплетаются таким же количеством способов, сколько существует человеческих мозгов, отдельные синапсы и дендриты существуют в умеренном спектре форм, если они здоровы.

Как только биологи опишут нормальные молекулы, клетки и ткани, должным образом запрограммированные машины ремонта будут способны вылечить даже неизвестные болезни. Как только исследователи опишут диапазон структур, которые (например) может иметь здоровая печень, машины ремонта, исследуя плохо работающую печень будут нуждаться только в обнаружении различий и их исправлении. Машины, не знающие какой-либо новый яд и его эффекты будут распознавать его как инородный и удалять его. Вместо того, чтобы бороться с миллионом странных болезней, продвинутые машины ремонта будут устанавливать состояние здоровья.

Разработка и программирование машин ремонта клеток потребует больших усилий, знаний и навыков. По-видимому, будет более легко построить машины ремонта с широкими способностями, чем их запрограммировать. Их программы должны содержать детальную информацию о сотнях видов клеток и сотнях тысяч видов молекул человеческого тела. Они должны быть способны наносить на карту повреждённые клеточные структуры и решать, как их исправить. Как много времени займёт разработка таких машин и программ? На вскидку, состояние биохимии и её сегодняшний темп продвижения вперёд мог бы сказать, что сбор самого основного знания займёт века. Но мы должны принимать во внимание существование иллюзии, что продвижения будут приходить в одиночку.

Машины ремонта ворвутся с волной других технологий. Ассемблеры для их постройки будут сначала использоваться, чтобы строить инструменты для анализа структур клетки. Даже пессимист согласился бы, что люди-биологи и инженеры, вооружённые этими инструментами могли бы построить и запрограммировать продвинутые машины ремонта клеток за сотню лет непрерывной работы. Самоуверенный, дальновидный пессимист мог бы сказать о тысяче лет. Действительно убеждённый противник мог бы объявить, что работа заняла бы для людей миллион лет. Очень хорошо: в миллион раз более быстрая система технического ИИ в миллион раз более быстрая, чем учёные и инженеры, значит она разработает продвинутые машины ремонта клеток за один календарный год.

Старение естественно, но также была естественна оспа и наши усилия, чтобы её предотвратить. Мы победили оспу, и, кажется, победим старение.

Средняя продолжительность жизни возросла увеличилась за последнее столетие, но в основном, потому что лучшая санитарная профилактика и лекарства сократили заболевания бактериальной природы. Непосредственно продолжительность жизни увеличилась немного.

Однако, исследователи продвинулись в направлении понимания и замедления процесса старения. Они идентифицировали некоторые из причин, такие как неконтролируемое перекрёстное связывание. Они разработали частичные решения проблемы, такие как антиоксиданты и ингибиторы свободных радикалов. Они предположили и изучили другие механизмы старения, такие как "клеточные часы" и изменения в гормональном балансе организма. В лабораторных экспериментах специальные препараты и диеты увеличивали продолжительность жизни мышей на 25–45 процентов.

Такая работа будет продолжаться; по мере того как поколение 50-х стареет, ожидайте бума в исследовании старения. Одна компания в сфере биотехнологии, Сенетек Дания, специализируется в исследовании старения. В апреле 1985, Истман Кодак и Ай-Си-Эн Фармасьютикал, как сообщали, присоединились к проекту на 45 миллионов долларов по производству изоприсина и других препаратов, имеющих возможность по продлению продолжительности жизни. Результаты обычных исследований против старения на протяжении следующих десяти-двадцати лет могут значительно продлить человеческую продолжительность жизни и улучшить здоровье пожилых людей. Насколько сильно лекарства, хирургия, упражнения и диета могут продлить продолжительность жизни? На сегодняшний день оценки всё ещё вынужденно остаются догадками. Только новое научное знание может вывести такие предсказания из царства умозрительных заключений, поскольку они опираются на новую науку, а не просто на новую технологию.

С машинами ремонта клетки, однако, возможности продления жизни становятся ясными. Они будут способны восстанавливать клетки, пока их специфические структуры остаются неповрежденными, и будут способны заменить клетки, которые были разрушены. Так или иначе, они будут восстанавливать здоровье. Старение по сути ничем не отличается от любого другого физического расстройства; в нём нет никакого волшебного влияния календарных дат на мистическую жизненную силу. Хрупкие кости, морщинистая кожа, низкая ферментная активность, медленное заживление ран, плохая память и всё остальное – всё происходит из повреждения молекулярных машин, химических дисбалансов и нарушения порядка в структурах. Восстанавливая структуру всех клеток и тканей тела до такой, как в молодости, машины ремонта восстановят и здоровье, как в молодости.

Люди, кто доживёт невредимыми до времён машин ремонта клетки, будут иметь возможность восстановить здоровье юности и поддерживать его почти столько, сколько они этого желают. Конечно, ничто не может дать человеку (или чему-нибудь еще) продолжаться вечно, но предотвращая серьезные несчастные случаи, те, кто этого хотят, смогут жить долгое, долгое время.

По мере того, как технология развивается, приходит время, когда её принципы становятся понятными, а с ними многие из их следствий. Принципы ракетной техники были ясны в 1930-ых, а с ними и следствие – космический полёт. Заполнение деталей включало разработку и тестирование баков, двигателей, приборов и т. д. К началу 1950-х годов многие детали были известны. Древняя мечта полёта на Луну стала целью, которую можно было ставить в планы.

Принципы молекулярных машин уже ясны, и с ними следствие – машины ремонта клетки. Заполнение деталей будет включать разработку молекулярных инструментов, ассемблеров, компьютеров и т. д., но многие детали существующих молекулярных машин известны сегодня. Древняя мечта достижения здоровья и долгой жизни стала целью, которую можно ставить в планы.

Медицинские исследования ведет нас, шаг за шагом, по дороге к молекулярным машинам. Глобальная конкуренция, чтобы сделать лучшие материалы, электронику и биохимические инструменты подталкивает нас в том же самом направлении. Разработать машины ремонта клеток займёт годы, но путь прямой и они ждут нас в его конце.

Они принесут много возможностей, и для доброго и для злого. Достаточно лишь подумать о репликаторах военного назначения со способностями, такими как у машин ремонта клетки, чтобы взгляду открылись кошмарные возможности. Позже я буду описывать, как мы могли бы избежать таких ужасов, но прежде кажется разумным рассмотреть предполагаемые выгоды от машин ремонта клеток. Так ли уж хорошо то благо, которое они несут? Как может долгая жизнь повлиять на мир?