Jedna z vecí ktorými sa líšime od všetkých našich predchádzajúcich generácií je tá, že sme videli naše vlastné atómy.

Karl K. Darrow, Renesancia fyziky

Naše telo sa skladá z molekúl a preto molekulárne technológie prinesú zdravie. To choré, staré a zranené , všetko to trpí zle zoradenými vzormi atómov. Príčinou takéhoto nesprávneho zoradenia môžu byť vírusy, chod času či automobilová doprava. Zariadenia na usporiadanie atómov podobné nedostatky dokážu napraviť. Nanotechnológie budú znamenať zásadný prelom v medicíne.

Dnešný doktori sa pri liečbe takmer vždy spoliehajú vždy na operáciu či lieky. Chirurgovia pokročili od zašívania rán a amputácie končatín smerom k oprave sŕdc a pripevňovaniu končatín. Pomocou mikroskopov a jemných nástrojov sú schopný pospájať cievy či nervy. Ale ani ten najlepší mikro-chirurg nedokáže vyrezať či spojiť jemnejšie tkanivové štruktúry. Moderné skalpely a iné nástroje sú prosto príliš hrubé na opravu kapilár, buniek a molekúl. Prestav si veľmi jemný chirurgický zákrok z pohľadu bunky: obrovská čepeľ sa pohybuje sem a tam, naslepo pretínajúc molekulárne stroje mnohých buniek, hubiac tisíce z nich. Neskôr preráža takto rozrušeným zhlukom buniek obrovský obelisk ťahajúci za sebou kábel široký ako nákladný vlak ktorý má tento zhluk znova spojiť dokopy. Z perspektívy bunky je i tá najdelikátnejšia operácia zručne prevedená pomocou špeciálnych nožov stále iba mäsiarskou prácou. Iba vďaka schopnosti buniek zbaviť sa svojich mŕtvych kolegýň, preskupiť sa a následne sa zmnožiť je vôbec niečo ako hojenie možné.

Ako však vedia mnohé paralyzované obete nehôd , nie všetky tkanivá sa zahoja.

Liečebná terapia narozdiel od chirurgie narába s jemnejšími bunkovými štruktúrami. Liečivá sú jednoduché molekulárne zariadenia. Niektoré z nich ovplyvňujú špeciálne molekuly obsiahnuté v bunkách. Napríklad taký morfín sa naviaže na isté receptory mozgových buniek čím ovplyvní nervové impulzy ktoré signalizujú bolesť. Insulín, beta blokátory či iné liečivá pasujú do iných receptorov. No funkčnosť liekov nemožno usmerniť. Keď už ich raz vhodíme do tela, narážajú tu a tam túlajúc sa v roztoku až do momentu kým nenarazia na cieľovú molekulu. Do nej zapadnú, nalepia sa a ovplyvnia jej funkciu.

Chirurgovia sú schopní uvedomiť si problém a naplánovať riešenie avšak majú k dispozícii len veľmi hrubé nástroje, molekuly liečiv ovplyvňujú tkanivá na molekuluárnej úrovni ale sú príliš jednoduché na to aby dokázali cítiť, plánovať a jednať. Ďalšiu možnosť výberu ponúknu lekárom molekulárne stroje riadené nanopočítačmi. Skĺbením senzorov, programov a molekulárnych nástrojov získame systém schopný skúmať a opravovať samotné zložky jednotlivých buniek. Vďaka nim bude chirurgická kontrola prenesená do molekulárnej oblasti.

Potrvá roky rokúce kým sa tieto pokročilé molekulárne zariadenia stanú realitou ale už i dnes sa výskumníci motivovaný potrebami medicíny zaoberajú molekulárnymi strojmi a molekulárnym inžinierstvom. Tie najlepšie lieky ovplyvňujú určité molekulárne stroje určitým spôsobom. Taký penicilín napríklad zabíja baktérie tým že poškodzuje nanozariadenia pomocou ktorých si stavajp bunkové steny. Má však pomerne malý účinok na ľudské bunky.

Možno povedať že biochemici študujú molekulárne stroje nielen preto aby zistili ako ich postavať ale i preto aby vedeli ako ich poškodiť. V mnohých krajinách sveta - najmä v Treťom svete - parazituje na ľudskom mäse až nepríjemne veľké množstvo vírusov, baktérií, prvokov, plesní a červov. Podobne ako penicilín by aj v prípade týchto parazitov mali účinné lieky poškodiť molekulárnu mašinériu parazita zatiaľčo mašinéria človeka by ostala nepoškodenou. Dr. Seymour Cohen, profesor farmakologickej vedy v SUNY (Stony Brook, New York) tvrdí že biochemici by mali systematicky študovať molekulárnu skladbu týchto parazitov. Keď sa biochemikom podarí určiť tvar a funkciu určitej vitálnej bielkoviny, budú môcť skôr či neskôr navrhnúť molekulu ktorá dotyčnú bielkovinu rozruší. Lieky takéhoto druhu by mohli oslobodiť ľudstvo od pradávnych hrôz ako sú schistosomiáza a lepra, ako i od tých novodobých, napr. AIDS.

Farmaceutické spoločnosti vytvárajú nové návrhy molekúl na základe poznatkov o tom ako pracujú. Výskumníci spoločnosti Upjohn navrhli a upravili molekuly vasopresínu, hormónu ktorý sa skladá z krátkeho reťazca aminokyselín. Vasopresín zvyšuje množstvo práce vykonanej srdcom a znižuje rýchlosť tvorby moču v obličkách čím dochádza k zvýšeniu krvného tlaku. Výskumníci navrhli nové úpravy molekúl vasopresínu ktoré viac ovplyvňujú receptory v obličkách ako receptory v srdci, čím sa získal špecifickejší a kontrolovateľnejší liečebný účinok. Nedávno sa im dokonca podarilo navrhnúť takú vasopresínu podobnú molekulu ktorá sa naviaže na receptory v obličkách bez spôsobenia akéhokoľvek účinku. Tým vlastne dôjde k inhibícii činnosti prirodzeného vasopresínu.

Dopyt po nových riešeniach medicínskych problémov poženie podobnú prácu napred čím bude čoraz viac výskumníkov uvedených na cestu bielkovinového dizajnu a molekulárneho inžinierstva. Lekárske, vojenské i ekonomické tlaky nás všetky posúvajú tým istým smerom. Ešte pred tvariteľským prielomom so sebou pokroky v molekulárnych technológiách prinesú zjavný pokrok v lekárstve, zárukou toho sú trendy v oblasti biotechu. Tieto pokroky budú pokrokmi čiastkovými a ťažkopredvídateľnými - zväčša vždy sa bude jednať o využitie určitého biochemického detailu. Neskôr, po použití tvariteľov a UI systémov na oblasť medicíny, získame viac schopností ktoré možno ľahšie predvídať.

Aby sme tieto schopnosti pochopili, zamyslime sa nad bunkami a ich mechanizmami pre vlastnú opravu. V bunkách tvojho tela narúšajú isté žiarenia a chemikálie molekuly, čím dochádza k vzniku reaktívnych molekulárnych častí. Tieto sa následne môžu naviazať na ďalšie molekuly v procese ktorý sa nazýva cross-linking. Podobne ako by strela či lepidlo poškodila stroj, sú bunky poškodzované radiáciou a reaktívnymi časticami keďže sa ich molekulárne zariadenia buď rozpadnú alebo zaseknú.

Keby sa tvoje bunky nedokázali opravovať, čoskoro by poškodenie presiahlo únosnú mieru a bunky by zahynuli alebo by sa načisto zbláznili kvôli poškodeniu svojich kontrolných systémov. Evolúcia však uprednostnila organizmy schopné voľajak sa s týmto problémom vysporiadať. Samo-sa replikujúci priemyselný systém zrhuba načrtnutý v kapitole 4 sa opravoval pomocou výmeny poškodených častí; bunky robia to isté. Pokým ostáva v poriadku bunková DNA, stále možno produkovať bezchybné informačné pásky ktoré ribozómom povedia ako zostrojiť nové bielkovinové stroje.

Nanešťastie pre nás sa i samotná DNA môže poškodiť, dôsledkom čoho sú mutácie. Niektoré opravné enzýmy sa snažia tento nedostatok vyvážiť vyhľadávaním a opravovaním istých druhov poškodení DNA. Je to jedna z pomocných barličiek vďaka ktorým bunky dokážu prežiť ale i tak sú existujúce opravné mechanizmy príliš jednoduché na vyriešenie všetkých problémov, či už v DNA alebo inde. Chyby sa navalujú jedna na druhú spôsobujúc tak starnutie a smrť buniek - a ľudí.

Život, Myseľ a Stroje

Môžeme vôbec opisovať bunky ako "mašinériu", či už schopnú samoopravy alebo nie? Keďže sme z buniek postavaný, mohlo by sa zdať že tak zredukujeme ľudské bytosti na púhe stroje a dostaneme sa do konfliktu s holistickým chápaním života.

Slovníková definícia holizmu znie "téoria tvrdiaca že realita sa skladá z organických či zjednotených celkov ktoré sú niečím viac ako je súčet ich častí". Zdá sa že túto definíciu môžeme bez väčších problémov použiť na ľudí: jednoducho chápaný súčet našich častí by mohol pripomínať hamburger bez prítomnosti akejkoľvek mysle či života.

Ľudské telo obsahuje viac ako desať miliárd miliárd bielkovinových súčiastok - žiadny tak komplexný stroj by si nezaslúžil prívlastok "púhy". Každý stručnejší opis takéhoto komplexného systému bude značne nekompletný ale i tak opis v termínoch strojov a mašinérií dáva na úrovni buniek zmysel. Molekuly obsahujú jednoduché pohyblivé časti a mnohé z nich sa môžu chovať ako bežné druhy strojov. Bunky chápané ako celok sa zdajú byť menej mechanickými no i tak biológovia považujú za užitočné opisovať ich v termínoch molekulárnych strojov.

Biochemici odhalili to čo sa kedysi nazývalo hlavnými mystériami života a momentálne sú na cesty spoznávania detailov. Vystopovali ako molekulárne stroje rozkladajú potravinové molekuly na ich základné stavebné bloky a potom ich znova spájajú čím obnovujú tkanivo. Mnohé z detailov štruktúry ľudskej bunky sú nam stále neznáme - bunka ako taká môže obsahovať miliardy obrovských molekúl tisícov rôznych druhov - ale biochemikom už sa podarilo zmapovať každú každučičku časť niektorých jednoduchších vírusov. Častokrát možno v biochemických laboratóriách naďabiť na nástenné plagáty ukazujúce ako základné molekulárne stavebné jednotky putujú naprieč baktériou. Biochemici chápu mnohé z životných procesov, a zdá sa že to čomu nerozumejú sa riadi rovnakými princípmi. Záhada dedičnosti sa premenila na priemysel genetického inžinerstva. Dokonca i embryonálny vývoj a pamäť sú vysvetlované pomocou biochemických premien bunkových štruktúr.

V posledných desaťročiach sa zmenila samotná podstata našej neznalosti. Kedysi sa biológovia pri pohľade na životné procesy pýtali "Ako je to možné?". Dnes už isté všeobecné princípy chápu a tak sa pri štúdiu jednotlivého procesu zväčša pýtajú "Ktorú z mnohých možných ciest si vybrala príroda?". V mnohých prípadoch ich výskumy zúžili množinu možných vysvetlení iba na vysvetlenie jedno jediné. Isté biologické procesy - napr. koordinácia buniek pri utváraní a raste embrya, učiaci sa mozog, reagujúci imunitný systém - sú stále reálnou výzvou pre vedcovu predstavivosť. No nieje to preto že by tieto procesy v sebe obsahovali určité hlboké mystérium o tom ako fungujú jednotlivé časti, ale preto že interakcia množstva jednotlivých súčastí pri utváraní celku je nesmierne komplexná.

Bunky sa riadia tými istými prírodnými zákonmi ktoré riadia i zvyšok sveta. Bielkovinové stroje budú pracovať v im náležiacom vhodnom prostredí a je jedno či sa nachádzajú v bunke alebo bola zvyšná časť bunky zlikvidovaná a odplavená pred pár dňami. Molekulárne stroje nevedia nič o "živote" a "smrti".

Biológovia - v prípade že je to vôbec ich starosť - niekedy definujú život ako schopnosť rásť, množiť sa a reagovať na vnemy. Podľa tohto štandardu by však napríklad systém množiacich sa fabrík mohol byť nazvaný živým zatiaľčo vedomá umelá inteligencia vymodelovaná podľa predlohy ľudského mozgu by takéto pomenovanie nezískala. Sú vírusy živé alebo sú len "púhe" dômyselne skonštruované molekulárne stroje? Žiadny experiment nám odpoveď na túto otázku nedá pretože príroda samotná nekladie deliaci čiaru medzi živé a neživé. Biológovia pracujúci s vírusmi sa radšej pýtajú: "Dokázal by tento vírus fungovať v prípade že by sme mu dali šancu?". Prívlastky "život" a "smrť" v lekárstve závisia od medicínskych schopností: doktori sa pýtajú: "Bue facient fungovať keď urobíme všetko čo je v naších silách?" Kedysi doktori prehlásili za mŕtveho toho komu sa zastavilo srdce, dnes je za mŕtveho považovaný až ten u ktorého niet nádeje na obnovenie mozgovej aktivity. V minulosti definíciu zmenili pokroky v kardiochirurgii, v budúcnosti ju možno zmenia i pokroky v neurochirurgii.

Tak ako sa niektorí ľudia cítia nepríjemne pri myšlienke na mysliace stroje, tak sa môžu niektorí cítiť nepríjemne pri pomyslení na myšlienku že stroje sú podstatou našeho vlastného myslenia. Slovo "stroj" zase raz vyvoláva predstavu robustného klapotu kovu namiesto predstavy signálov preblikávajúcich skrze premenlivú sieť nervových vlákien, skrze tapisériu tak jemnú že ju myseľ v nej obsiahnutá nemôže plne uchopiť. Ozajstným strojom podobné stroje môžeme v mozgu nájsť až na molekulárnej úrovni, na úrovni oveľa jemnejšej ako to najtenšie vlákno.

Celok sa nemusí podobať na svoje časti. Pevný zhluk sa málokedy podobá na tancujúcu fontánu ale i napriek tomu môže zoskupenie pevných, zhluknutých molekúl udávať tvar tekutej vode. Podobne možno povedať že miliardy molekulárnych strojov utvárajú nervové vlákna a synapsie, tisíce vlákien a synapsie nám dávajú nervovú bunku a z miliárd nervových buniek získavame mozog ktorý v sebe umožňuje tok myslenia.

Keď povieme že myseľ je "iba molekulárnymi strojmi", je to niečo podobné ako keby sme povedali že Mona Lisa je iba "množstvom farebných bodiek". Takéto výroky zamieňajú časti s celkom, mýlia si hmotu s vzorom ktorý obsahuje. To že sa skladáme z molekúl nieje dôvod na to aby sme sa považovali za menej ľudských.