Z prirodzeného ľudského záujmu o zdravie skombinovaného s faktom ,že sa ľudské telo z molekúl skladá, vyplýva možnosť využitia molekulárnych technológií v biomedicíne. Biológovia dokážu používať protilátky na označovanie bielkovín, dokážu pomocou enzýmov rozdeliť DNA či pomocou vírových injekcií - akou je napr. T4 fág - vložiť upravenú DNA do baktérie. V budúcnosti budú využívať tvariteľmi vytvorené stroje na skúmanie a úpravu buniek.

Pomocou molekulárnych nástrojov , v tomto prípade najmä disassemblerov - ničiteľov budú môcť biológovia študovať bunkové štruktúry do posledného, atomárneho detailu. Následne zkatalogizujú státisíce druhov molekúl obsiahnutých v tele a zmapujú štrukúru stoviek druhov buniek. Podobne ako inžinieri pretvárajúci zoznam súčiastok na návrh automobilu budú biológovia opisovať časti a štruktúry zdravého tkaniva. V tom čase už im v tom budú značne napomáhať sofistikované UI systémy.

Doktori by svojou činnosťou radi docielili zdravé tkanivá, ale pomocou liekov či operácií môžu tkanivá iba podporiť v tom aby sa opravili samé. Molekulárne stroje umožnia oveľa priamejšie opravy čím so sebou prinesú novú éru v oblasti medicíny.

Pri oprave automobilu sa musí mechanik najprv dostať k sústave ktorá zlyháva, následne musí správne určiť časti ktoré nefungujú a tie odstrániť, no a nakoniec musí tieto nefunkčné súčiastky alebo opraviť alebo vymeniť. Oprava buniek bude v sebe zahrňovať rovnaké základné úlohy - úlohy o ktorých nám živé systémy už dnes naznačujú že sú zrealizovateľné.

Prístup. Biele krvinky sú schopné opustiť krvné riečište a pohybovať sa naprieč tkanivami, vírusy dokážu vstupovať do buniek. Biológovia dokonca dokážu do bunky pichnúť ihlou bez toho aby ju zničili. Vďaka týmto prípadom teda vieme že molekulárne stroje sa k bunkám môžu dostať i do nich vstúpiť.

Rozpoznanie. Protilátky , vlákna T4 fága, či vlastne všetky špecifické biochemické reakcie nám naznačujú že molekulárne systémy dokážu rozpoznávať iné molekuly na základe dotyku.

Rozkladanie. Tráviace enzýmy - a iné, agresívnejšie chemikálie - ukazujú že molekulárne systémy dokážu rozkladať poškodené molekuly.

Oprava. Množiace sa bunky ukazujú že molekulárne systémy dokážu postavať či obnoviť akúkoľvek molekulu prítomnú v bunke.

Opätovné poskladanie celku. Príroda nám taktiež ukazuje že oddelené molekuly môžu byť opätovne pospájané. Napríklad taký T4 fág sa dokáže v rámci roztoku sám poskladať za občasnej pomoci jediného dodatočného enzýmu. Množiace sa bunky ukazujú že molekulárne systémy dokážu poskladať akýkoľvek v bunke prítomný systém.

A tak nám príroda neustále predvádza základné operácie nutné k realizácii opráv buniek na molekulárnej úrovni. Treba dodať že systémy založené na nanostrojoch budú vo všeobecnosti kompaktnejšie a schopnejšie ako tie prítomné v prírode, toto som objasnil v kapitole 1. Prírodné systémy nám ukazujú iba tie nižšie obmedzenia možného, ako v bunkách tak i vo všetkom ostatnom.

Stroje opravujúce bunky

Stručne a jasne - vďaka molekulárnym technológiám a technickej UI zostrojíme kompletné opisy zdravého tkaniva na molekulárnej úrovni a taktiež vytvoríme stroje schopné do buniek vstúpiť, preskúmať ich a upraviť ich štruktúru.

Takéto bunky opravujúce stroje budú čo sa veľkosti týka porovnateľné s vírmi či baktériami avšak ich kompaktnejšie časti im umožnia byť komplexnejšími. Budú cestovať naprieč tkanivami podobne ako biele krvinky a vstupovať do buniek podobne ako vírusy, alebo budú schopné otvárať a uzatvárať bunkové membrány s precíznosťou chirurga. Vnútri bunky opravujúci stroj najprv zhodnotí situáciu preskúmaním bunkového obsahu a aktivity a až následne sa podujme k činnosti. Bunkové opravné mechanizmy prvej generácie budú vysoko špecializované, schopné rozpoznať a opraviť iba určitý typ molekulárnej dysfunkcie ako napríklad nedostatok určitého enzýmu či poškodenie DNA. Stroje ktoré príjdu na scénu neskôr - no nie o moc neskôr vďaka pokročilým UI systémom uskutočňujúcim návrh - budú naprogramované s oveľa všeobecnejšími schopnosťami.

Pre riadenie činnosti komplexných opravných strojov bude nutné aby v sebe obsahovali nanopočítače. Mikrón široký mechanický počítač podobný tomu čo som opísal v kapitole 1 sa zmestí do jednej tisíciny objemu bežnej bunky, no bude schopný obsiahnuť v sebe viac informácií ako DNA dotyčnej bunky. V celku opravného systému budú takéto počítače riadiť menšie, jednoduchšie počítače ktoré budú na oplátku udávať pokyny zariadeniam aby skúmali, rozkladali, či prerábali poškodené molekulárne štruktúry.

Vďaka mravenčej práci molekulu po molekule , štruktúru po štruktúre budú opravné stroje schopné opraviť celky buniek ako takých. Opravujúc jednu bunku za druhou, jedno tkanivo za druhým budú - v prípade potreby i za asistencie väčších zariadení - schopné opraviť celky orgánov ako takých. Orgán za orgánom - a navrátia zdravie celému organizmu. Keďže budú molekulárne stroje postavať jednotlivé molekuly či dokonca celé bunky len z potrebných surovín, budú dokonca schopné opraviť i úplnej nečinné, ťažko poškodené bunky. A tak budú bunky opravujúce stroje príčinou zásadného prielomu: oslobodia zdravotníctvo zo spárov závislosti na prirodzenom samo-obnovení sa ako jedinej liečebnej cesty.

Aby sme si dokázali predstaviť takýto pokročilý opravný stroj, predstavme si ho - a taktiež i bunku - v takom rozmere že jednotlivé atómy sú o veľkosti malých guľôčok či gorálok. Pri uvažovaní v rámci takejto mierky približne platí: hlavice najmenších nástrojov sú o veľkosti končekov tvojich prstov, bielkovina strednej veľkosti akou je napríklad hemoglobín je o veľkosti písacieho stroja, ribozóm je veľký ako práčka. Opravné zariadenie obsahuje taktiež jednoduchý počítač na našej mierke veľký ako kamión, veľkosť jeho senzorom je podobná veľkosti bielkovín, veľkosť manipulačných súčastí je podobná veľkosti ribozómov. Nemožno zabudnúť ani na pamäť a zásoby paliva. Celkový objem merajúci naprieč približne 10m, tj. niečo ako trojposchodová budova, v sebe obsahuje všetky tieto časti, ba i viac. S časťami o veľkosti gorálok ktoré tento objem vypĺňajú niet divu že opravný stroj je schopný vykonávať komplexné činnosti.

No takéto opravné zariadenie nepracuje len tak samé o sebe. Podobne ako i mnohí ďalší súrodenci je napojené na väčší počítač skrze mechanické dátové linky s polomerom o veľkosti tvojho ramena. Pri uvažovaní na takejto mierke vypĺňa počítač o objeme kubického mikrónu s veľkou kapacitou pamäte vysoký tridsať poschodí a široký ako futbalové ihrisko. Jednotlivé opravné zariadenia mu posielajú informácie a on naspäť odovzdáva všeobecné inštrukcie. No i tak komplexné a rozsiahle objekty sú stále dostatočne malé: na tejto mierke je bunka ako taká naprieč veľká asi kilometer, jej objem je tisíc krát väčší ako objem mikrónového počítača, či inač povedané miliónkrát väčší ako objem jednotlivého opravného zariadenia. Bunky sú priestranné.

Budú teda takéto stroje schopné vykonávať všetky činnosti potrebné k oprave buniek? Existujúce molekulárne stroje nám predvádzajú schopnosti putovania skrze tkanivá, vstupovania do buniek, rozpoznávania molekulárnych štruktúr atď., ale iné požiadavky sú taktiež dôležité. Budú opravné stroje dostatočne rýchle? A ak aj budú, nebudú vylučovať toľko tepla že sa pacient upraží?

Najrozsiahlejšie opravy nemôžu vyžadovať oveľa viac práce ako postavanie novej bunky od základov. Molekulárne zariadenia pracujúce v rámci bunky robia bežne práve toto, novú bunku dokážu postaviť v priebehu desiatok minút (v prípade baktérií) alebo za niekoľko hodín ( v prípade cicavcov). To nám naznačuje že opravné zariadenia zaberajúce niekoľko percent bunkového objemu by mali byť schopné ukončiť i tie najrozsiahlejšie opravy v rozumnom čase - za pár dní či maximálne týždňov. Bunky dokážu poskytnúť dostatočný priestor. Dokonca aj mozgové bunky dokážu pokračovať v správnom fungovaní i potom čo trvácny odpad nazývaný lipofuscin (je produktom molekulárneho poškodenia) vypĺňa viac ako desať percent ich objemu.

Poháňanie opravných zariadení by malo byť jednoduché: bunky prirodzene obsahujú chemikálie ktoré budú poháňať naše nanostroje. Príroda nám možno taktiež ukáže ako môžu byť opravné zariadenia ochladzované: bunky v tvojom tele sa neustále prerábajú, telo mladého zvieraťa rastie svižne bez náznaku toho že by sa smažilo. Spracovanie tepla z podobného množstva práce opravných strojov sa prejaví v tom že sa prinajhoršom trocha zapotíš. No týžďeň potenia sa nieje zlá cena za zdravie.

Všetky tieto porovnávania opravných strojov s existujúcimi biologickými mechanizmami môžu vyvolať otázku či prinesú tieto opravné stroje vôbec nejaké zlepšenie v porovnaní s prírodou. Prípad opravy DNA nám poskytuje jasnú a stručnú odpoveď.

Podobne ako negramotné "zariadenie na opravu kníh" dokáže rozpoznať a opraviť roztrhnutú stránku, dokážu bunkové opravné enzýmy rozpoznať zlomy a skríženia v DNA. Oprava chýb - alebo mutácií - však vyžaduje schopnosť čítať. Ajkeď sa v prírode sa také opravné zariadenia nevyskytujú, ich základná myšlienka je ľahko pochopiteľná. Predstav si tri identické DNA molekuly, pričom každá z nich obsahuje rovnakú sekvenciu nukleotidov. Teraz si predstav každé vlákno zmutované takým spôsobom že na každom došlo k zmene niektorých nukleotidov. Nech sa stalo čokoľvek, opravný stroj bude porovnávať každé vlákno s ďalšími vláknami, časť po časti, čím dokáže zaregistrovať prípad v ktorom sa jedno vlákno líši od svojich príbuzných. Následne stačí zmeniť nukleotid tak aby súhlasil so zvyšnými dvoma a poškodenie je opravené.

Táto metóda samozrejme zlyhá v prípade že dve vlákna zmutujú na tom istom mieste. Predstav si že DNA troch ľudských buniek bola silne poškodená - po tisícoch mutácií nastal stav že v každom milióne nukleotidov je jeden pozmenený. Pravdepodobnosť zlyhania našej procedúry porovnávajúcej tri vlákna na určitom mieste je približne milón miliónov. Ale stačí keď porovnávame naraz päť vlákien a pravdepodobnosť chyby je v takom prípade okolo jednej v milióne miliónov miliónov, atď. Zariadenie ktoré by dokázalo naraz porovnávať množstvo vlákien by znížilo pravdepodobnosť neopraviteľnej chyby prakticky na nulu.

Opravné zariadenia porovnajú DNA molekuly mnohých buniek, vytvoria opravené kópie ktoré budu následne používať ako štandarty pri overovaní a opravovaní DNA v celom tkanive. Vďaka metóde porovnávania niekoľkých vlákien opravné stroje dramaticky prekonajú prírodné opravné enzýmy.

Iné opravy budú požadovať iné informácie týkajúce sa zdravých buniek a toho ako sa jednotlivá poškodená bunka líši od normy. Protilátky rozpoznávajú bielkoviny pomocou dotyku, isté špeciálne zvolené protilátky dokážu všeobecne rozpoznať rozlišnosť dvoch proteínov keďže majú dotyčné bielkoviny rozdielné tvary a povrchové vlastnosti. Opravné stroje podobným spôsobom rozpoznajú jednotlivé molekuly. S počítačom šitým na mieru a jeho databázou budú schopné identifikovať jednotlivé bielkoviny prečítaním reťazcov ich amino-kyselín.

Predstav si komplexný a schopný opravný systém. Zaberá objem 2 kubické mikróny čo sú približne 2/1000 objemu typickej bunky. Takýto systém v sebe dokáže obsiahnuť centrálny databázový systém schopný:

1. Svižne rozpoznať ľubovolnú zo stoviek tisíc rozdielnych ľudských bielkovín preskúmaním ich aminokyselinového reťazca.
2. Identifikovať všetky ďalšie komplexné molekuly bežne sa vyskytujúce v bunkách.
3. Uložiť druh a pozíciu každej rozsiahlejšej molekuly v bunke.
Každé z menších opravných zariadení - ktorých budú v bunke možno tisíce - bude obsahovať menej výkonný počítač. Každý z týchto počítačov by mal byť schopný vykonať približne tisíc výpočtových krokov za čas počas ktorého bežný enzým pozmení jednu molekulárnu väzbu. Rýchlosť možného výpočtu sa teda zdá byť na dostatočnej úrovni. Keďže bude každý z počítačov komunikovať s väčším počítačom s centrálnou databázou , bude im ich menšia pamäť postačovať. Opravné zariadenia buniek budú mať k dispozícii ako molekulárne zariadenia ktoré potrebujú, tak i dostatok "mozgu" na to aby vedeli ako ich používať.

Takýto prístup skoncuje s mnohými zdravotnými problémami. Veď zariadenia ktoré "iba" rozpoznajú a zničia určitý druh bunky budú postačovať na to aby sa vyliečila rakovina. Umiestnenie počítačovej siete do každej bunky sa môže javiť ako krájanie masla motorovou pílou, ale to že máme po ruke motorovú pílu nám poskytuje záruku toho že si nakrájame i tvrdé maslo. V mojej snahe opísať limity možného v zdravotníctve sa mi zdá vhodnejšie poukazovať na viac ako na menej.

Zopár liečív

Najjednoduchšie využitie nanotechnológií v zdravotníctve nebude spočívať v oprave, ale naopak v ničení určitých štruktúr. Rakovina nám poskytuje jeden príklad, infekčné choroby príklad druhý. Cieľ je jednoduchý: je potrebné rozpoznať a zničiť nebezpečné replikátory, či už sú to baktérie, rakovinové bunky, víry alebo červy. Abnormálny rast a nánosy na cievnych stenách spôsobujú taktiež mnohé z srdcových problémov; stroje ktoré takéto znečistenie rozpoznajú, rozbijú a odstránia tým pádom vyčistia cievy a umožnia normálny tok krvi. Selektívna likvidácia taktiež vylieči choroby ako je herpes v prípade ktorých vírus svoje gény vloží do DNA hostiteľskej bunky. Opravné zariadenie vstúpi do bunky, prečíta si jej DNA a odstráni prídavok v ktorom je napísané "herpes".

Oprava poškodených, prekrížených molekúl by taktiež nemala pôsobiť väčšie problémy. Pri stretnutí s poškodenou , crosslink, molekulou ju opravné zariadenie identifikuje preskúmaním jej krátkych aminokyselinových reťazcov a následne vyhladá jej správnu štruktúru v databáze. Zariadenie potom začne porovnávať bielkovinu s jej predlohou, aminokyselinu po aminokyseline. Podobne ako čitateľ vyhladávajúci preklepy a zvláštne znaky (zn#ky) dokáže toto zariadenie objaviť akúkoľvek pozmenenú aminokyselinu či nevhodné prekríženie. Po oprave týchto chýb za sebou zanechá normálnu bielkovinu schopnú vykonávať prácu v bunke potrebnú.

Opravné zariadenie napomôžu taktiež procesu hojenia. Po srdcovej príhode nahrádza krvný koláč mŕtve svalové tkanivo. Opravné stroje zmenia nastavenie bunkových kontrolných mechanizmov a primäjú tak srdce aby začalo vytvárať čerstvé svalstvo. Odstránením krvného koláča a zahájením čerstvého rastu udajú správny smer k vyliečeniu srdca.

V tomto zozname by som mohol pokračovať, problém po probléme ( Otrava ťažkými kovmi? - Je treba vyhľadať a odstrániť atómy týchto kovov ) no je jednoduché zosumarizovať si k akému dôsledku prichádzame. Fyzické poškodenia vyvierajú zo zle usporiadaných atómov; opravné stroje budú schopné ich vrátiť naspäť do bežného usporiadania čím telu navrátia zdravie. Namiesto vytvárania takmer nekonečného zoznamu takto vyliečiteľných chrôb - od artritídy, bursitídy, rakoviny až po žltú zimnicu a zinkové chvenie a späť ) dáva väčší zmysel poobhliadnuť sa potom čo obmedzeniach toho dokážu bunkové opravné stroje vykonať. Takéto limity existujú.

Zamysli sa napríklad nad mozgovou mrtvicou ako nad príkladom problému ktorý poškodzuje mozog. Prevencia je jednoznačná: Zdá sa že niektorá z mozgových ciev slabne, napúcha a chýba jej iba málo k tomu aby sa pretrhla? V tom prípade ju dotiahnime do pôvodného tvaru a nariaďme rast posilňujúcich vlákien. Hrozí nám nadmerné zrážanie krvi zablokovaním krvného obehu? Rozpustime teda doštičky, znormalizujme krv a vnútorné poťahy ciev čím zabránime návratu predchádzajúceho stavu. Dokonca aj slabšie nervové poškodenie spôsobené mozgovou príhodou bude opraviteľné: v prípade že obmedzená cirkulácia krvi zanechala po sebe bunky v celku a iba ovplyvnila ich funkčnosť, je treba obnoviť kolobeh a opraviť bunky ktorých štuktúra nám bude slúžiť ako radca pri obnovovaní tkaniva do predchádzajúceho stavu. Výsledkom by nemalo byť iba obnovenie činnosti každej bunky ale i uchovanie pamäti a schopností zapísaných do neurálnych vzorov dotyčnej časti mozgu.

Opravné zariadenia budú schopné vytvoriť čerstvé mozgové tkanivo aj tam kde poškodenie trvalo zničilo tieto vzory. Ale takýto pacient stratí predchádzajúce spomienky a schopnosti do takého rozsahu v akom prebývali v dotyčnej časti mozgu. Ak sú jedinečné nervové vzory naozaj nadobro zničené, nemôžu ich bunkové opravné stroje vrátiť k životu ani o štipku lepšie ako nemôžu umeleckí reštaurátori obnoviť tapisériu z hromádky popola. Strata informácie spôsobená úplným zánikom štruktúry je zodpovedná za najdôležitejšie, najzákladnejšie obmedzenie týkajúce sa opravy tkaniva.

Aj iné úlohy z tých či oných dôvodov nespadajú do rámca opraviteľnosti bunkovými strojmi - napríklad také udržiavanie duševného zdravia. Bunkové opravné stroje budú samozrejme schopné niektoré z problémov opraviť. Zmätené myslenie niekedy má biochemické príčiny - napíklad v prípade keď je mozog pod vplyvom drog či jedov, iné problémy sú zas dôsledkami poškodeného tkaniva. No mnohé z problémov majú veľmi málo čo dočinenia so zdravím nervových buniek zato veľmi veľa dočinenia so zdravím mysle.

Myseľ a mozgové tkanivo sú ako novela a knižný papier na ktorom je vytlačená. Rozliaty atrament či poškodenie po páde do vane ;] istotne môže poškodiť knihu čo bude mať za následok sťažené čítanie novely v nej obsiahnutej. Stroje na opravu kníh by však mali byť schopné vrátiť knihe jej fyzické "zdravie" odstránením cudzieho atramentu či vysušením a opravením poškodených papierových vlákien. No tieto ozdravné procesy neurobia nič s obsahom knihy, pretože ten je v pravom zmysle slova nehmotný. V prípade že je kniha lacný románik s trápnou zápletkou a prázdnymi postavami nebude potrebné opravovať papier či atrament, ale samotnú novelu. Takáto oprava si nebude vyžadovať fyzickú opravu ale dodatočnú prácu autora. A asi mu bude treba aj dohovoriť.

Podobne i odstránenie určitých látok z mozgu či oprava nervových vlákien môže čiastočne zahnať istú mentálnu hmlu, no nemôže zmeniť obsah mysle. To sa môže podariť iba pacientovi samotnému a to iba v prípade že sa bude sám snažiť; všetci sme autormi našich myslí. Keďže však mysle menia samy seba pomocou menenia svojich mozgov, napomôže vlastníctvo zdravého mozgu rozumnému uvažovaniu viac ako napomáha kvalitný papier písaniu.

Čitatelia zbehlí v počítačoch možno uprednostnia uvažovanie v termínoch hardvér a softvér. Stroj môže opraviť hardvér počítača bez toho aby rozumel či pozmenil jeho softvér. Taký stroj možno pozastaví aktivitu počítača ale ponechá vzory obsiahnuté v pamäti v celku a schopné znova pracovať. V počítačoch s istým druhom pamäti (ktorá je nazývana "pevnou") užívatelia pôvodného stavu docielia jednoduchým vypnutím z elektriny. V prípade mozgu sa jedná o komplexnejšiu úlohu, no indukovanie podobného stavu by so sebou mohlo priniesť mnohé medicínske výhody.

Anestézia plus

Už dnes dokážu lekári pozastaviť a znovu naštartovať vedomie zásahom do chemických aktivít ktoré podmieňujú myslenie. Počas celého činného života spracúvavajú molekulárne stroje v mozgu iné molekuly. Niektoré rozkladajú cukry, kombinujú ich s kyslíkom a zachytávajú energiu vydanú týmto procesom. Iné pumpujú ióny solá skrze bunkové membrány; a ďalšie zase vytvárajú malinkaté molekuly ktoré potom vypúšťajú a odovzdávajú tak signál ďalším bunkám. Z týchto procesov sa skladá metabolizmus mozgu, celkový súhrn jeho chemickej aktivity. Spolu s príslušnými elektrickými efektmi je táto metabolická činnosť podstatou meniacich sa vzorov myslenia.

Chirurgovia režú ľudí nožmi. V polovici 19. storočia sa naučili používať chemikálie ktoré ovplyvňujú mozgový metabolizmus čím blokujú vedomé myslenie. Predišlo sa tak prílišným strastiam a námietkam pacientov ktorí mali prirodzený strach z bolesti ktorú zažijú pri tom ako bude ich telo rezané. Takéto chemikálie sa nazývajú anestetiká. Ich molekuly dokážu voľne vstupovať a opúšťať mozog, vďaka čomu sú anestetiká schopné prerušiť a obnoviť chod ľudského vedomia.

Ľudia už dlho snívajú o objave látky ktorá ovplyvní metabolizmus celého tela, látky ktorá preruší metabolizmus na hodiny, dni, alebo roky. Výsledkom by mal byť stav nazývaný biostáza ( zo slova bio, ktoré znamená život, a stáza , ktoré znamená zastavenie alebo stabilný stav ). Metóda schopná zaviesť zvratnú biostázu by mohla pomôcť astronautom na dlhých cestách vesmírom šetriť potravu a vyhnúť sa nude či ako istý spôsob jednosmerného cestovania časom. V lekárstve by mohla biostáza poskytnúť hlbokú anestéziu čím by mali doktori viac času na prácu. V prípade akútnych prípadov ktoré udejúcich sa ďaleko od dosahu zdravotnej pomoci by mohla dobrá procedúra biostázy poskytnúť istý druh všeobecnej prvej pomoci: dokázala by stabilizovať pacientov stav a zabrániť molekulárnym strojom v tom aby zdivočeli a následne začali poškodzovať tkanivo.

Nikomu sa však doposiaľ nepodarilo nájsť látku schopnú zastaviť všetky metabolické procesy spôsobom akým sú anestetiká schopné zastaviť vedomie - tj. spôsobom ktorý môže byť zvrátený jednoduchým odplavením látky z pacientových tkanív. Tak či onak sa zvratná biostáza stane reálnou možnosťou keď sa stanú dostupné molekulárne opravné stroje.

Aby sme videli ako môže takýto prístup fungovať, predstavme si ako krvné riečište nesie jednoduché molekulárne zariadenia k tkanivám v ktorých vstupujú do buniek. V ich vnútri zablokujú molekulárnu mašinériu metabolizmu - ako v mozgu tak i inde - a upevnia molekulárne štruktúry medzi sebou pomocou upevňujúcich krížnych väzieb. Následne prichádzajú na radu iné molekulárne zariadenia ktoré odstránia vodu a hutne sa nakopia okolo molekúl bunky. Pomocou týchto krokov bude metabolizmus zastavený a bunkové štruktúry uchované. Keďže budú na zvrátenie celého procesu použité bunkové opravné stroje, môže dôjsť i k istým jemným narušeniam bez toho aby bolo dôsledkom dlhotrvajúce poškodenie. Keď je metabolizmus zastavený a bunkové štruktúry sú pevne ukotvené na svojom mieste spočíva pacient bez snov a nemenne v tichosti až dokým mu opravné stroje opäť nenavrátia činný život.

V prípade že by bol pacient v takomto stave predaný doktorovi dneška, doktorovi bez vedomostí o schopnostiach opravných strojov, pravdepodobne by boli dôsledky jeho rozhodnutia nieveľmi potešivé. Nenachádzajúc akékoľvek známky života, usúdil by asi dotyčný doktor že pacient je mŕtvy a následne svoj posudok urobil skutočným "predpísaním" pitvy nasledovanej pohrebom či kremáciou.

No pacient v našich predstavách žije vo veky kedy je biostáza chápaná ako prerušenie života a nie jeho koniec. Keď pacientov kontrakt prikáže "prebuďte ma!" ( alebo keď sa skončia opravné práce či let ku hviezdam ), zaháji prítomný doktor resuscitáciu. Opravné stroje vstúpia do pacientových tkanív, odstránia výplň nazhromaždenú v okolí pacientových molekúl a nahradia ju vodou. Následne odstránia ukotvujúce krížne väzby, opravia poškodené molekuly a štruktúry a nastavia normálne koncentrácie solí, cukru v krvi, ATP atď. No a nakoniec odblokujú metabolické zariadenia. Prerušené metabolické procesy sa opäť rozbehnú na plné obrátky, pacient si zívne, natiahne sa, sadne si, poďakuje doktorovi, opáči dátum a výjde von z dverí...

Od funkcie k štruktúre

Na príkladoch zvratnej biostázy a nezvratnej ťažkej mozgovej mrtvice sme si ukázali ako pomôžu zariadenia na opravu buniek zmeniť medicínu. Lekári dneska môžu tkanivám iba napomáhať v tom aby sa opravili samé. Súčasne sa musia samozrejme posnažiť o ochranu funkcie dotyčného tkaniva. V prípade že tkanivo nedokáže fungovať, nemôže samozrejme hojiť. V prípade že tkanivá niesú ochránené, stav sa zhoršuje čo ma za následok zničenie štruktúry. Je to podobné ako keby mechanikove náradie mohlo byť použité iba na motor v behu.

Zariadenia na opravu buniek však menia základnú podmienku z uchovávania funkcie na uchovávanie štruktúry. Ako som podotkol pri opise prípadu mrtvice, opravné zariadenia budú schopné znovu obnoviť mozgové funkcie spoločne s pamäťou a inými schopnosťami iba v prípade že ostane jedinečná štruktúra nervových vlákien neporušená. Biostáza v sebe zahrňuje ochranu nervovej štruktúry súčasne s cieleným blokovaním funkcie.

Všetko toto je priamym dôsledkom molekulárnej prirodzenosti opráv. Fyzici používajúci skalpely a liečivá môžu opraviť bunky asi tak ako niekto so sekerou a plechovkou oleja môže opraviť jemné súkolie hodiniek. A naopak, ten kto má po ruke opravné zariadenia a základné živiny bude ako hodínár so všetkými nástrojmi 'ba i neobmedzeným zdrojom náhradných dielov. Molekulárne opravné stroje medicínu zmenia od základov.

Od liečenia chorôb k nastoľovaniu zdravia

Dnešní výskumníci v oblasti zdravotníctva študujú jednotlivé choroby, častokrát hľadajúc vhodné spôsoby ochrany pred nimi alebo ich zvrátenia pomocou zablokovania určitého kľúčového kroku v rozvití choroby. Takto získané vedomosti lekárom nesmierne pomohli: vďaka nim predpisujú inzulín pre diabetikov, liečivá proti vysokému krvnému tlaku ako ochranu pred infarktmi, penicilín pre boj s infekciami atď. Molekulárne stroje istotne napomôžu pri študovaní chorôb ale všeobecne možno povedať že sa vďaka nim stane pochopenie chorôb oveľa menej podstatným. Opravné zariadenia nás totiž dostanú do stavu v ktorom bude oveľa podstatnejšie pochopenie zdravia.

Telo môže byť oveľa viacej spôsobmi choré ako môže byť zdravé. Také svalové tkanivo sa napríklad líši v relatívne pár aspektoch: môže byť silnejšie či slabšie, rýchlejšie či pomalšie, môže obsahovať tú či onú protilátku atď. Avšak také poškodené tkanivo sa môže líšiť všetkými týmito spôsobmi ale okrem toho môže trpieť i rozličnými kombináciami natiahnutí, roztrhnutí, vírových infekcií, parazitických červov, modrín, prederavení, otráv, sakrómov, problémov s vylúčením látok či vrodených nedostatkov. Neuróny môžu byť pospájané do toľkých vzorov koľko je ľudských myslí ale všeobecne existuje iba neveľké množstvo synapsií a dendritov - v prípade že sú zdravé.

Keď raz biológovia dospejú k opisu normálnych molekúl, buniek a tkanív, budú šikovne naprogramované opravné zariadenia schopné vyliečiť dokonca i neznáme choroby. Keď už raz výskumníci dospejú k množine možných štruktúr z ktorých sa skladá napríklad taká zdravá pečeň, budú opravné zariadenia preskúmávajúce poškodenú pečeň hľadať iba odchýlky od normy a tie následne opravovať. I stroje ktoré nebudú nič tušiť o existencii nového jedu a jeho následkoch ho tak či tak rozpoznajú ako cudiu látku a odstránia. Namiesto boja s miliónmi čudesných chorôb nastolia opravné zariadenia stav zdravia.

Vývoj a programovanie takýchto opravných zariadení bude vyžadovať veľa snahy, vedomostí a zručnosti. Opravné zariadenia so širokým polom pôsobností budú zdá sa ľahšie vytvorené ako naprogramované. Ich programy budú musieť obsahovať do detailu presné znalosti týkajúce sa stoviek druhov buniek a státisícov druhov molekúl obsiahnutých v ľudskom tele. Budú musieť byť schopné zmapovať poškodené bunkové štruktúry a rozhodnúť ako ich opraviť. Ako dlho potrvá kým budú takéto stroje a programy vyvinuté? Momentálny stav v ktorom sa nachádza biochémia i rýchlosť jej napredovania by mohli naznačovať že čisto iba zber znalostí bude možno trvať stáročia. Ale musíme byť na pozore pred ilúziou že pokroky sa dostavia izolovane.

Opravné stroje do sveta vrazia ako súčasť celej vlny nových technológií. Tvaritelia ktorí ich zrodia budú ešte pred ich vytvorením použitý pri výstavbe nástrojov pre analýzu bunkových štruktúr. Dokonca i pesimista bude možno súhlasiť že ľudia - biológovia a inžinieri vybavení takýmito nástrojmi by mohli byť schopní postavať a naprogramovať pokročilé stroje na opravu buniek v priebehu jedného stáročia vytrvalej práce.
Tvrdohlavý pesimista hľadiaci ďaleko do budúcnosti by možno spomenul celé tisícročie. No a úplne negatívny hnidopich by už len z princípu mohol deklarovať že bude takáto práca ľuďom trvať milión rokov. Nech je po jeho: rýchle technické UI systémy - miliónnásobne rýchlejšie ako vedci či inžinieri vyvinú pokročilé bunky opravujúce systémy za jeden kalendárny rok...

Choroba "starnutie" nazývaná

Starnutie je prirodzené, ale podobne prirodzené boli i čierne kiahne a naša snaha sa voči nim chrániť. Porazili sme kiahne a zdá sa že možno porazíme i starnutie.

Priemerná dĺžka života sa v poslednom storočí zvýšila, ale to najmä vďaka tomu že sa zlepšila naša hygiéna a liečivá zredukovali počet bakteriálnych ochorení. Ale rozsah dĺžky ľudského života sa zvýšil iba o máličko.

Postupne však vedci urobili isté pokroky v pochopení i spomalovaní procesu starnutia. Identifikovali niektoré z jeho príčin, akou je napríklad nekontrolované cross-link. Odvodili isté čiastočné liečivá akými sú napríklad antioxidanty či inhibítory voľných radikálov. Predložili a študovali i iné mechanizmy starnutia, akými sú napr. bunkové "hodiny" a zmeny hormonálnej rovnováhy tela. Počas laboratórnych experimentov ktoré využívali špeciálne drogy a diéty sa podarilo predĺžiť rozsah myšieho života o 25-45 percent.

Tieto výskumy budú istotne pokračovať; spoločne s tým ako bude starnúť generácia detského boomu je treba očakávať boom vo výskume starnutia. Jedna z biotechnologických spoločností, dánsky Senetek, sa sústreďuje na výskum starnutia. V apríli 1985 sa Eastman Kodak a ICN Pharmaceuticals spojili v 45 milión dolárovej zakázke na produkciu isoprinosínu a iných liečív s potenciálom predlžovania ľudského života. Výsledky bežného výskumu zameraného proti procesu starnutia môžu dosť podstatne predĺžiť životy ľudí - a zlepšiť zdravie starnúcich - v priebehu nasledujúcich desiatich či dvadsiatich rokov. Ako veľmi dokážu liečivá, chirurgické zákroky, cvičenia a vhodná životospráva predĺžiť ľudský život? Zatiaľ sú takéto odhady iba hádaním. Iba nové vedecké poznatky môžu naše predpovede vyslobodiť z ríše špekulácie, keďže ich základňou nebude iba nové inžinierstvo ale i nová veda.

No v prípade strojov na opravu buniek sa potenciál predĺženia života stáva jasným. Budú schopné opravovať bunky tak dlho ako ich rozlišujúce štruktúry ostanú pokope , a budú schopné nahradiť bunky ktoré boli zničené. Oboma spôsobmi prinavrátia zdravie. Starnutie nieje v svojej podstate rozlišné od akéhokoľvek iného fyzického neduhu; nejedná sa o istý zázračný vplyv dátumov v kalendári na záhadnú silu života. Krehké kosti, zvráskavená koža, nízke enzymálne aktivity, pomalé hojenie rám, chabá pamäť , to všetko je dôsledkom poškodenej molekulárnej mašinérie, chemických nerovnováh a zle zoradených štruktúr. Prinavrátením všetkých buniek a tkanív tela do pôvodnej štrukturálnej konfigurácie prinavrátia opravné stroje mladistvé zdravie.

Ľudia ktorí dokážu prežiť do doby opravných strojov budú mať možnosť udržať si mladistvé zdravie skoro tak dlho ako budú chcieť. Nič nedokáže samozrejme spraviť človeka - či čokoľvek iné - nesmrteľným, ale v prípade že sa dokážu vyhnúť istým možným haváriam budú môcť tí čo chcú žiť veľmi, veľmi dlho.

S postupným vývinom istej technológie nastáva čas kedy sa jej princípy stávajú jasnými a spolu s nimi i mnohé z dôsledkov. Princípy rakiet boli známe už v 30tych rokov 20. storočia, a spolu s nimi i dôsledok letu do vesmíru. Následné vyplňovanie detailov v sebe zahrňovalo navrhovanie a testovanie tankov, motorov, nástrojov atď. Na začiatku 50tych rokov už boli mnohé detaily známe. Pradávny sen o ceste na Mesiac sa stal cieľom pre ktorý bolo možné si utvoriť plán.

Princípy molekulárnych zariadení sú jasné už dnes a s nimi i dôsledok zariadení schopných opravovať bunky. Vyplňovanie detailmi bude v sebe zahŕňat dizajnovanie molekulárnych nástrojov, tvariteľov, počítačov a iné, ale mnohé z detailov existujúcich molekulárnych strojov sú nám známe už dnes. Pradávny sen o dlhotrvajúcom zdraví a dlhom živote sa stal cieľom pre ktorý je možné si utvoriť plán.

Liečebný výskum nás krok po kroku vedie po ceste smerom k molekulárnym strojom. Celoplanetárna súťaž vo vytváraní lepších materiálov, elektroniky a biochemických nástrojov nás tlačí tým istým smerom. Bude trvať ešte roky rokúce kým sa opravné stroje stanú realitou, ale jedná sa o realitu ktorá nám leží priamo pred nosom.

Budú schopné mnohého, dobrého i zlého. Iba chvíľkové zamyslenie nad vojenskými replikátormi so schopnosťami iba o niečo odlišnými od schopností opravných strojov stačí na to aby človeku z istých možností prišlo zle. Neskôr opíšem ako sa takým desom besom môžeme vyhnúť, ale najsamprv sa mi zdá byť rozumným zamyslieť sa nad toľko ospevovanými výhodami opravných zariadení. Je ich zdanlivé dobro ozajstným dobrom? A ako dlhý život ovplyvní svet ?