Друге десятиліття (2010-2020 рр.).
Андрій Капацій
Розквіт порівняльної генетики людини. Удосконалення бази даних генетичних текстів людини. Вивчення механізмів формоутворення людського організму. Розуміння деяких причинно-наслідкових зв'язків, що визначають вплив генів на форму і навпаки. Завершення в основному зіставлення окремих генів і їх груп і кодованих ними ознак. Визначення просторової структури найважливіших білків людини за допомогою нових технологій. Труднощі при зіставленні груп генів і кодованих ними білкових молекул. Методи визначення просторової структури білкових молекул. Комп'ютерна цитологія. Вивчення послідовностей «білок - біохімічна реакція». Перші комп'ютерні моделі клітин людського організму. Створення інтерактивної комп'ютерної моделі неспеціалізованою клітини людини. Початок теоретичних робіт з оптимізації людського організму. Перші оптимізовані сільськогосподарські рослини. Труднощі морального порядку при створенні оптимізованих тварин. Національні програми з оптимізації найважливіших сільськогосподарських рослин і тварин. Нова концепція харчування людини. Лікування більшості спадкових захворювань. Лікування багатьох форм раку. Широке використання класу ліків, що нормалізують роботу генів. Застосування імунних комплексів для лікувальних і профілактичних цілей. Удосконалення комп'ютерної моделі еталонного геному людини. Комп'ютерні моделі еталонних геномів деяких тварин. Пошук біологічно активних речовин, здатних взаємодіяти з ДНК людини. Розуміння механізмів зв'язування біологічно активних речовин з певними ділянками ДНК. Кошти цільової доставки препаратів генної терапії. Перспективи застосування технологій генного регулювання для людського організму. Застосування засобів генного регулювання для вирощування тканин і органів поза організмом людини. Використання у військових цілях знань про генному регулюванні. Промислові селективні технології на основі специфічних білків. Витяг корисних компонентів з морської води. Розробка універсального програмного забезпечення для зведення воєдино існуючих наукових баз даних. Виробництво суперкомп'ютерів потужністю в один мільйон терафлоп. Удосконалення систем комп'ютерної візуалізації. Єдині стандарти на створення тривимірних зображень і комп'ютерних моделей. Прорив у розумінні процесів запам'ятовування і мислення в людському мозку. Нові способи введення інформації в мозок людини. Технології каталітичних і абсорбційних матриць. Отримання перших об'ємних мікросхем методами молекулярного складання. Виробництво різних матеріалів із заданими властивостями. Отримання нових видів кераміки з покращеними властивостями. Розробка штучних фотокаталізаторів для отримання молекулярного водню з води. Розпад води на водень і кисень низькоенергетичними фотонами. Зміна структури сировинної бази світової енергетики. Труднощі при використанні водневого пального. Нові технології зберігання водню. Роботи - домашні помічники та секретарі. Виробництво мікророботів.
Друге десятиліття двадцять першого століття стало періодом бурхливого розквіту порівняльної генетики людини. До цього часу були створені і постійно удосконалювалися інтелектуальні автоматичні системи, які дозволяли при незначному участю фахівців розшифровувати генетичні тексти геному людини. На початку десятиліття подібними дослідженнями займалися великі колективи генетиків-аналітиків, що налічують у своєму складі кілька сотень учасників. Розшифровка кожного нового геному вимагала істотних грошових витрат, участі безлічі фахівців, ретельного відбору генетичного матеріалу і була недоступною для переважної більшості населення планети. Разом з тим, існував постійний попит на розшифровку власних генетичних текстів з боку багатих людей планети, бажаючих з цікавості або за необхідності отримати докладну інформацію про власну генетичному будові. Наукова цінність такої інформації була дещо нижчою, ніж отримана вченими в планових дослідженнях при виконанні наукових програм. Причиною цього були обмеження етичного, юридичного та фінансового характеру, які накладаються на отримані дані на вимогу замовника досліджень. І все ж отримана інформація суттєво допомагала розвитку порівняльної генетики людини, сприяючи знаходженню нових узагальнень, взаємозв'язків і кореляцій.
До кінця десятиліття процедура розшифровки індивідуального геному значно здешевити і стала доступною для середнього класу. Це відбулося завдяки появі повністю автоматичних систем розшифровки генетичних текстів, оснащених інтелектуальним програмним забезпеченням. Розшифровка геному людини перейшла в розряд звичайних медичних процедур та досліджень. У багатьох великих містах планети на базі існуючих центрів генетичних досліджень стали надаватися нові види послуг - часткова або повна розшифровка індивідуального геному людини. Здешевлення генетичних досліджень призвело відразу до кількох позитивних наслідків. По-перше, середній клас став масовим споживачем нових послуг, забезпечуючи тим самим фінансування все нових напрямків у порівняльній генетики людини. По-друге, вчені отримали для роботи постійний приплив додаткової і недорогий інформації. По-третє, якість цієї інформації було явно високим, оскільки розшифровкою власного геному займалися люди або з спадковими захворюваннями, або з видатними ознаками, як психологічними, так і морфологічними. Необхідність і віра у свою винятковість, категорії настільки шановані людиною, стали тими чинниками, які забезпечували досить представницьку і цікаву вибірку індивідуальних генетичних текстів із загального генофонду людства.
Успішне застосування технологій розшифровки індивідуальних генетичних текстів на порядок денний висунуло питання про загальну генетичної паспортизації людини. У цієї ідеї, яка цілком могла здійснитися вже в найближчому майбутньому, були як прихильники, так і супротивники. Основним аргументом перших була віра в те, що людині необхідно вказувати вірний життєвий шлях, виходячи з його генетичних передумов і ознак, навіть в примусовому порядку. А для цього необхідний вільний доступ до повної спадкової інформації про людину. Геном людини, на їхню думку, зумовлював спосіб життя індивідуума, вибір професійної діяльності та захоплень, а також вибір партнера для створення сім'ї і обзаведення потомством. Противники ідеї загальної генетичної паспортизації говорили про небезпеку дискримінації людини за генетичними ознаками, про свободу вибору способу життя, про тотальний контроль над людьми і т.п. Як завжди в подібних випадках спори то розгорялися, то згасали, а колесо прогресу продовжувало невблаганно котитися вперед.
Здешевлення генетичних досліджень призвело до того, що в розпорядженні вчених з'явилася велика кількість нової інформації. Інформація, що надходить сприяла формуванню досить повної бази даних генетичних текстів людини. Аналіз узагальнених даних, отриманих на основі розшифровки декількох тисяч індивідуальних геномів, в тому числі і геномів людських зародків, дозволив з великою точністю зіставити більшість генів і груп генів з морфологічними ознаками людини і з функціями білків, що виробляються в організмі людини.
Вдалося також визначити групу так званих «архітектурних генів», відповідальних за тривимірні параметри людського організму (зовнішній вигляд, розмір, кількість і розташування органів). «Архітектурні гени» реалізовували закладену в них «програму» на етапі формування з заплідненої клітини новонародженого організму, або іншими словами регламентували розвиток зародка. Основною функцією «архітектурних генів» було забезпечення правильної просторової організації зростаючого організму. Оскільки всі гени реалізують свої «програми» за допомогою синтезу білкових молекул, то паралельно з визначенням групи «архітектурних генів» також були визначені білки, що забезпечують просторову організацію розвивається людського організму. З метою систематизації великої інформації були складені маршрутні карти загального виду «ген - білок - ознака». Такі маршрутні карти містили опис механізмів реалізації ознак, а також опис відомих взаємозв'язків між генами, білками та ознаками. Таким чином, була визначена укрупнена картина процесів, супроводжуючих ріст і розвиток людського організму, у всій своїй складності, включаючи схему підпорядкованості генів, тимчасові параметри роботи генів, взаємини генів, білків і ознак між собою.
І хоча створення завершеної картини функціонування «архітектурних генів» вимагало істотних витрат часу та інтелектуальних титанічних зусиль, основні принципи і механізми їх роботи були вже зрозуміли. Група «архітектурних генів» налічувала близько шести тисяч генів, які у своїх різних комбінаціях кодували інформацію про синтез кількох десятків тисяч білків.
Також в основному була визначена група генів, відповідальних за процеси метаболізму, як на клітинному рівні, так і на рівні тканин, окремих органів і всього організму. Такі гени визначали за допомогою функціональних білків, як правило, одиничну біохімічну реакцію, або нескладну послідовність біохімічних реакцій. Маршрутні карти для генів, що визначають процеси метаболізму, мали вигляд «ген - білок - біохімічна реакція». Подібних маршрутних карт було складено близько тридцяти тисяч, у той час як для повного опису всіх суттєвих метаболічних реакцій людського організму потрібно відстежити близько двохсот тисяч біохімічних реакцій, які здійснювалися за участю сотень тисяч білків.
Вивчення цієї найбільш великої групи генів стикалося з серйозними труднощами. Сотні тисяч білків, які брали участь в метаболічних реакціях усередині різних за своїм функціональним призначенням клітин, і забезпечували різноманітні внутрішньоклітинні процеси, з великими труднощами піддавалися дослідженням. Головними перешкодами для дослідників були малі кількості білкових молекул у клітині, швидкоплинність процесів синтезу і руйнування білка в живому організмі, необхідність вести спостереження за поведінкою молекул безпосередньо в живій клітині. Малі розміри досліджуваних білкових молекул і постійне їх перебування серед тисяч інших молекул гальмували роботи з ідентифікації білків і зіставленню їх з біохімічними реакціями. До того ж у живій клітині одні з білкових молекул могли бути природними каталізаторами або інгібіторами тих біохімічних реакцій, в яких самі не брали участь. Властивості, що проявляються білком в живій клітині, значно відрізнялися від властивостей цього ж білка, визначених у лабораторних умовах. З цих причин у маршрутних картах «ген - білок - біохімічна реакція» залишалося багато недосліджених білих плям по позиції «білок» і ще більше за позицією «біохімічна реакція». Само собою зрозуміло, що зовсім недослідженими залишалися питання взаємодії білків і біохімічних реакцій, як між собою, так і один з одним.
Значно зменшилася група генів з неясними функціями в порівнянні з рівнем знань десятирічної давності. Були виділені ділянки геному людини, які відповідали за обслуговування самої молекули ДНК, зокрема які беруть участь у процесах розгортання і згортання молекули, службовці маркерами для приєднання ферментів, що виконують функції кількісного і тимчасового обліку обслуговуючих молекулу ДНК процесів. Ще одна група генів несла в собі інформацію, що описує фундаментальні принципи функціонування всього генома, і вже зафіксовану в інших ділянках генома, але закодовану іншим розташуванням нуклеотидів. Так було виявлено резервне виклад фундаментальних принципів функціонування геному, записане іншими символами.
Після виділення основних груп генів і з'ясування їх функцій залишилося ще достатня кількість генів у геномі не відносяться до будь-якої з перерахованих вище груп. Це були старі відбраковані в процесі еволюції гени, що кодують застарілі ознаки, біохімічні реакції і просто різні команди і інструкції. Ця накопичена за тисячоліття еволюції інформація була застарілою і в цей час була незатребувана, проте еволюційні процеси не призвели до її знищення, а навпаки зберегли її в незмінному вигляді. І це був безцінний матеріал для генного конструювання та оптимізації організму людини.
Слід зауважити, що існуючі труднощі при дослідженні структури білкових молекул були хоча й великі, але принципово переборні. Технічні досягнення сприяли створенню сучасного високоефективного інструментарію для визначення просторової структури білкових молекул, як у нерухомому стані, так і в процесі їх участі у біохімічних реакціях. Знання властивостей білкових молекул і детального розташування атомів у них було надзвичайно важливим для генетики, біології, фармакології та багатьох інших наук. Тому будь-які досягнення в забезпечують виробничих галузях, наукових і технічних дисциплінах, негайно бралися на озброєння вченими, якщо їх використання дозволяло прискорити дослідження людського геному.
Використовуючи ультраяскравих джерела рентгенівського випромінювання, вченим вдалося отримати великі серії знімків і зафіксувати кадр за кадром розвиток багатьох біохімічних реакцій. Цей метод досліджень грунтувався на ефекті неоднакового поглинання рентгенівських променів хімічними елементами з різним атомним вагою, на технічній можливості створення ультраяскравих і надкоротких рентгенівських імпульсів, на використанні надпотужних комп'ютерів для розрахунків. Для уточнення отриманих даних паралельно застосовувався і традиційний метод, заснований на аналізі інформації про розсіяння рентгенівських променів на білковій молекулі. У цьому випадку на суперкомп'ютерах оброблялася інформація про інтенсивність розсіяння, кутах розсіювання і про зрушення фаз розсіяних променів.
В цей же час почалося інтенсивне використання в біохімії і генетиці технологій, заснованих на процесах розсіяння нейтронів на протонах. Ці технології ніби спеціально були створені для дослідження біологічних об'єктів, що мають у своєму складі безліч атомів водню. Технології нейтронного розсіювання базувалася на фізичному ефекті доброго розсіяння нейтронів на протонах. Те, що біологічні об'єкти (структурні частини клітин, білкові молекули, ДНК і інші) були «перенасичені» воднем, дозволяло при впливі на них пучка нейтронів отримувати чіткі картини розподілу атомів водню в просторі. Прийнявши за точку відліку ці своєрідні маркери, можна було, в першому наближенні, будувати модель досліджуваної молекули, або структурної частини клітини. Подальше уточнення будови досліджуваного об'єкта проводилося за допомогою ультраяскравих джерел рентгенівського випромінювання, а також розрахунковими методами. Технологія розсіяння нейтронів на протонах дозволила вивчати будову білкових молекул з великою молекулярною вагою, і навіть деяких внутрішньоклітинних структур.
Не були залишені осторонь і традиційні методи вивчення структури і будови білкових молекул, такі як кріоелектронная мікроскопія, кристалографія з атомною роздільною здатністю, ядерний магнітний резонанс та інші.
Застосування вченими сукупності відомих методів вивчення органічних сполук при дослідженнях структури і властивостей білкових молекул і механізмів реалізації біохімічних реакцій, перевели завдання, поставлені в програмі «Білок людини», в розряд успішно вирішуються. Накопичення повного обсягу інформації з даної проблеми було лише питанням часу. Стартувала в минулому десятилітті глобальна дослідницька програма «Білок людини», участь в якій взяли сотні наукових державних і приватних компаній, призвела до вражаючих практичних результатів.
За час реалізації цієї програми була визначена полипептидная структура більше п'ятисот тисяч різних білків людини. Досконале програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання сприяло побудові достовірних моделей тривимірної структури білкових молекул, виходячи з їх двомірної поліпептидного послідовності. Ситуація чимось нагадувала ситуацію вже мала місце на рубежі століть, коли при першій розшифровці генома людини накопичилися гігантські обсяги інформації, що вимагають систематизації, відомості в єдину загальну модель. І якщо для систематизації розшифрованих послідовностей нуклеотидів людського організму і побудови єдиної моделі людського геному було потрібно більше десяти років, то систематизація знань про будову сотень тисяч білків людського організму вимагала більшого часу. Складність програми «Білок людини» була майже на три порядки вище, ніж програми розшифровки людського геному, виконання якої ще зовсім недавно здавалася межею можливого.
Численні досягнення в різних галузях науки і техніки допомогли визначити до кінця десятиліття полипептидную і просторову структуру близько півмільйона білків, синтезованих в організмі людини. Проте до отримання завершеною картини функціонування білків в людському організмі було ще далеко. Причиною цього були труднощі кількісного порядку. У геномі людини налічувалося близько ста тисяч генів, з яких при синтезі білків використовувалося не більше половини. У той же час, в клітинах людського організму для забезпечення нормального функціонування синтезувалося постійно близько мільйона різних білків. Було абсолютно очевидним, що за синтез певного білка відповідає не один ген, а ціла група, яка може складатися з різної кількості генів. Таким чином, нагальним завданням ставало складання повних маршрутних карт «група генів - білок - біохімічна реакція», для чого потрібно було визначити поєднання генів, що відповідають за синтез білкових молекул, загальна кількість яких наближалася до мільйона.
У той же час мільйон різних білків людського організму, кожен з яких здатний вступати в хімічні реакції з органічними та неорганічними сполуками, які в безлічі перебували в живій клітині, зумовлював астрономічні кількості потенційно можливих хімічних реакцій. Багато з них справді здійснювалися у функціонуючих клітинах. Достовірно визначити саме ті біохімічні реакції, які були функціональними для кожної білкової молекули, і відсікти десятки тисяч інших можливих варіантів, які не були важливими для людського організму, було надскладним завданням. Це завдання необхідно було вирішувати негайно, оскільки без цих базових знань неможливо було визначити справжню картину функціонування людського організму на всіх рівнях і, отже, рухатися вперед по шляху прогресу. Головну роль у складному і многоаспектном процесі функціонування живого людського організму грав, безсумнівно, білок, як клас хімічних сполук. Тільки володіння повною інформацією про первинну та просторової структурі всіх білків, що входять до складу організму людини, про їх властивості, функціональне призначення, взаємозв'язках між собою і про взаємодію з іншими хімічними сполуками, могло дати цілісну картину пристрої людини, як вмістилища астрономічного числа узгоджених хімічних реакцій .
Повне знання про білки людського організму було тим чинником, який визначав темпи руху земної цивілізації вперед і терміни майбутніх, здаються сьогодні фантастичними, досягнень. І хоча астрономічні цифри, що характеризують масштаб необхідних обчислень, були явно не на боці вчених, людство, зібравши в кулак всю міць накопичених знань і умінь взялося за дозвіл чергового вузла проблем. Пізнання таємниці білка людського організму було багатоаспектною проблемою і вимагало паралельного вирішення ще кількох трудомістких завдань. Одна з них - завдання зіставлення груп генів і кодованих ними білків успішно вирішувалося, і її виконання очікувалося в недалекому майбутньому. Інше завдання, що полягала в зіставленні конкретних білків з конкретними біохімічними реакціями, і повинна була дати відповідь на питання про функції відомих білкових молекул, вимагала для свого вирішення додаткових зусиль і витрат часу.
Вивчення функцій білка в організмі людини не могло залишити в стороні проблему просторового згортання білкових молекул. Суть цієї проблеми полягала в розбіжностях просторової структури білкової молекули на стадії її синтезу і під час здійснення основної функції в організмі людини. Синтез молекули білка здійснюється шляхом створення поліпептидного послідовності або лінійної білкової структури. Для реалізації своєї функції білкова молекула згортається в просторі індивідуальним чином. Процес згортання може бути здійснено багато разів, і кожного разу згортання білкової молекули відбувається однаковим чином. При згортанні білок активізується, його центральна частина утворює індивідуальний тривимірний візерунок, так званий активний комплекс, який є індивідуальним каталізатором, інгібітором або просто нейтральним учасником певної біохімічний реакції. Двадцять амінокислот, з яких складаються всі відомі нам природні білки, у своїх різноманітних комбінаціях утворюють мільйони різних білкових молекул зі своїми специфічними властивостями і функціями. Як же нелегко вивчити і однозначно зрозуміти все це різноманіття, породжене Природою.
Для полегшення завдання визначення просторової структури білка і зменшення числа необхідних обчислень були розроблені і успішно застосовувалися декілька витончених методів і підходів.
Визначення просторової структури білка за його амінокислотної послідовності (лінійної структурі) успішно здійснювалося на основі аналізу наявної інформації про просторову структуру білків, що володіють первинною структурою, схожою зі структурою досліджуваного білка. За основу бралися добре вивчені білки. Їх відома просторова структура, використовувалася в якості першого наближення до структури досліджуваного білка, а потім уточнювалася іншими методами.
Хороша якість передбачення просторової структури білкових молекул давав метод математичного моделювання. Цей метод грунтувався на аналізі всіх варіантів взаємодії окремих атомів між собою в процесі згортання відомого первинної структури білка в певних умовах. За основу брався постулат, що шукана просторова структура повинна володіти мінімумом вільної енергії. Даний метод вимагав застосування суперкомп'ютерів потужністю в одну тисячу терафлоп і більше. На практиці використовувалися математичні моделі із заданим наближенням до істинної просторової структурі білкової молекули.
Оригінальним методом, що спрощує завдання зіставлення функціональних ланок «білок - біохімічна реакція», був метод моделювання взаємодії двох і більше згорнутих білкових молекул, на основі взаємодії їх виділених активних комплексів. Даний метод застосовувався в комп'ютерному моделюванні при вивченні взаємодії білкових молекул між собою, а також з різними хімічними сполуками. Виділення в кожної білкової молекули активного комплексу, що приймає участь в хімічних реакціях, дозволяло при математичному моделюванні враховувати близько десяти відсотків від усієї кількості атомів даної білкової молекули, що в тисячі разів зменшувало об'єм необхідних обчислень і скорочувало час використання суперкомп'ютерів.
У багатьох випадках сама природа допомагала вченим, підказуючи простіші шляхи вирішення поставлених завдань. Найчастіше для зіставлення груп генів і кодованих ними білкових молекул, а також зіставлення білків і біохімічних реакцій, не було потрібно проводити складні дослідження і розрахунки з використанням генетичного та цитологічного матеріалу людини. Потрібно було просто звернутися до знань, отриманим при розшифровці геномів і вивченні білків мікроорганізмів, грибів, дріжджів і рослин. Враховуючи те, що всі форми життя на нашій планеті використовують єдиний генетичний і амінокислотний код, і той факт, що при всьому різноманітті своїх творінь Природа найкращі еволюційні знахідки тиражує у багатьох видах організмів, багато що цікавлять вчених відповіді можна було отримати при вивченні найпростіших організмів.
Як правило, геном найпростіших організмів містив меншу кількість генів, ніж геном людини. Кількість синтезованих білків і біохімічних реакцій, притаманних цим організмам також було менше, ніж в організмі людини, що значно полегшувало наукові дослідження. Різноманіття живих істот на Землі і вражаюча пристосовність їх до різних умов існування давали хороші шанси на виявлення більшості спеціалізованих білків і ключових біохімічних реакцій в більш простих формах земного життя. Прикладом цього може служити той відомий факт, що ферменти людського організму, виконують досить спеціалізовані функції, можуть бути виявлені в багатьох мікроорганізмах, де вивчати їхні властивості набагато простіше, ніж у людському організмі. Звичайно, повна відповідність траплялося далеко не завжди, тому результати досліджень застосовувалися до білків людського організму з урахуванням специфіки більш складного метаболізму, властивого людині.
Всебічне вивчення причинно-наслідкових зв'язків типу «білок - біохімічна реакція» призвело, крім усього іншого, до поглибленого дослідження самих біохімічних реакцій, а також їх послідовностей, цих найважливіших складових процесів життєзабезпечення в живій клітині. Безперервний процес реалізації індивідуальної сукупності біохімічних реакцій є метою і головною функцією будь живої клітини. Теоретично, знаючи призначення будь спеціалізованої клітини, зворотним рахунком можна визначити і ланцюжок біохімічних реакцій, що становлять клітинну функцію. Звичайно, це неможливо зробити з нуля, не маючи серйозної теоретичної бази. Але до розглянутого періоду часу людство вже володіло необхідними знаннями про будову живої клітини, механізми її функціонування, про структуру, склад і властивості клітинних складових. Як шматочки мозаїки, все нові і нові знання, напрацьовуємо різними науковими дисциплінами, заповнювали білі плями на загальній карті будови і функціонування клітини.
До цього часу вже існувало кілька комп'ютерних моделей живої клітини, які були розроблені як в рамках державних програм, так і завдяки приватній ініціативі. Деякі з них були розміщені на серверах для вільного користування, до інших мали доступ тільки розробники. Комп'ютерні моделі клітин людського організму розроблялися під різні потреби, найчастіше за специфічними замовленнях і характеризували кілька десятків спеціалізованих клітин, що було значним кроком природничих наук вперед. Всі комп'ютерні моделі були неповними, однак, їх деталізація та достовірність були достатніми для вирішення багатьох завдань фармакології, біохімії, генетики. Для багатьох завдань, що постають перед вченими, зовсім не обов'язково було моделювати всі елементи клітини або моделювати їх з високим ступенем деталізації. Кращі з існуючих моделей мали ступінь деталізації для окремих клітинних складових на рівні атомів, для більшості білкових молекул на рівні активних комплексів, а значна частина другорядних складових описувалася як набір параметрів. Крім цього багато компонентів клітини були зовсім не досліджені, або ще зовсім не відомі. Незважаючи на відсутність повних знань, наука підійшла впритул до створення комп'ютерної моделі неспеціалізованою клітини людини, як закономірного розвитку наявних напрацювань.
Повна комп'ютерна модель неспеціалізованою клітини людини повинна була об'єднати всі існуючі комп'ютерні моделі різних клітин, а також множинні комп'ютерні моделі білків та інших клітинних складових. Цю велику роботу почав здійснювати міжнародний колектив учених, що об'єднав кращих професіоналів національних і приватних компаній. Повна комп'ютерна модель живої клітини спочатку розроблялася з розрахунком на вільний доступ до неї і можливість інтерактивної роботи. Кожен з фахівців, незалежно від країни проживання, мав можливість поповнити дану модель власної важливою інформацією і незабаром побачити її уточненої на основі цієї інформації. Високий ступінь складності живої клітини вимагала постійного застосування надпотужних комп'ютерів для побудови та уточнення клітинної моделі. Таких комп'ютерів на планеті було вже велика кількість. До того ж будь-які установи, організації та пересічні користувачі могли в будь-який час через глобальну мережу задіяти вільні комп'ютерні ресурси для удосконалення моделі живої клітини. Подібне активне ставлення до вирішення загальнолюдських проблем віталося і заохочувалося громадською думкою. Таким чином, у створенні комп'ютерної моделі клітини людини брали участь всі бажаючі, без будь-яких заборон чи обмежень. Сумарна потужність постійно включених комп'ютерів становила в середньому одну тисячу терафлоп, чого в принципі було достатньо для уточнення інтерактивної моделі живої клітини в режимі реального часу, в режимі надходження нових знань.
Навіть перший далеко недосконалий варіант загальнодоступної комп'ютерної моделі практично відразу підвищив ефективність поточних наукових досліджень і розробок. Фахівці десятків професій, що мають світлі голови і нові теорії, але не мають в достатку грошових коштів на власні дослідження, отримали рівні шанси на втілення своїх розробок.
Від базового варіанту комп'ютерної моделі неспеціалізованою людської клітини в кінці десятиліття відбрунькувалося кілька спрощених моделей, призначених для вирішення більш вузьких завдань. Біохіміки, наприклад, працювали з моделлю, яка представляла живу клітину як набір взаємопов'язаних хімічних реакцій. Цитологія отримала модель, в якій клітка була представлена як об'єкт зі стабільно повторюваними функціями, виконання яких задавалося клітинними компонентами. Генетиків цікавив механізм включення (активації) генів в процесі життєдіяльності клітини, вони розглядали модель живої клітини з точки зору черговості відпрацювання генами своїх програм.
Експерименти на живій клітині завжди були пов'язані зі значними труднощами та незручностями, а часто були просто неефективні. Стійкі взаємозв'язки між клітинними компонентами та біохімічними реакціями, які потрібно було визначити в ході експериментів, в багатьох випадках просто губилися серед величезного числа різноманітних взаємозв'язків між клітинними компонентами, хімічними сполуками і продуктами хімічних реакцій, що знаходяться в клітці. Людина не в силах був ефективно аналізувати великі кількості експериментальних даних і виділяти серед них найважливіші, тому підключався до роботи з інформацією на стадії узагальнень та аналізу закономірностей і тенденцій. Комп'ютер же ніколи не втрачає ні краплі інформації, будь-які самі незначні дані враховував при побудові комп'ютерної моделі і був незамінний на етапі обліку та первинної обробки експериментального матеріалу.
Завдання побудови повної комп'ютерної моделі живої клітини людини, була найбільш складною із завдань, які доводилося вирішувати людству за всю історію наукових досліджень. Точне знання (істина) про принципи і механізми функціонування та пристрої живої людської клітини давало людству реальні важелі перебудови світобудови. Повна комп'ютерна модель клітини людського організму містила в собі величезний потенціал розвитку і зумовлювала перспективу побудови комп'ютерних моделей більш високого порядку - рівня функціонуючих тканин, органів і організму в цілому. Розуміння законів еволюції клітинної моделі давало можливість превентивно відпрацьовувати поки ще теоретичні уявлення про оптимізацію, поліпшенні живої клітини людини, а в окремих випадках конструювати елементи для оптимізації тканин, функціональних систем і всього організму в цілому.
Вже перші результати вивчення метаболічних реакцій і продуктів внутрішньоклітинного метаболізму привели дослідників до висновків про поганий сумісності сусідніх в клітці речовин і реакцій, що погіршувало функціонування клітини в процесі її життєдіяльності. Тому питання оптимізації метаболічних реакцій і конструювання поліпшених функціональних внутрішньоклітинних компонентів у найближчому майбутньому обіцяли стати дуже актуальними.
Початок десятиліття було зазначено значним зростанням прикладних досліджень з оптимізації значущих для людини сільськогосподарських культур. Методи «комп'ютерної селекції», засновані на повній інформації про генетичні текстах сільськогосподарських рослин дозволили створювати комп'ютерні оптимізовані геноми з високим ступенем вірогідності. Перевірка побудованих комп'ютерних геномів на практиці часом займала більше часу, ніж процеси їх оптимізації та конструювання. Строки вирощування рослин становили всього кілька місяців, і це дозволяло дуже швидко відсіяти невірні і небезпечні варіанти і зосередити зусилля на перспективних моделях. Навіть перші практичні результати були приголомшливими. Збільшення врожайності в два рази, отримане за рахунок поліпшення геному рослин природними генами близькоспоріднених рослин за допомогою методів генної інженерії, стало справжньою революцією в сільському господарстві. Якщо додати до цього такі якості оптимізованих рослин як стійкість до несприятливих погодних факторів і сільськогосподарським шкідників, а також самодостатність у постачанні мінеральними добривами, то ставало очевидним, що почалися процеси в недалекому майбутньому можуть привести до серйозних соціальних наслідків в світовому масштабі. Одним з таких наслідків як очікувалося, могло бути зміна економічної спеціалізації і структури сформованого господарства багатьох країн, що розвиваються, експортерів продуктів рослинного походження.
До кінця десятиліття нові оптимізовані сорти рослин, що мають унікальні ознаки, посипалися як з рогу достатку. Рослини як об'єкт експериментування виявилися надзвичайно сприятливим матеріалом для реалізації найсміливіших задумів вчених. Процес «комп'ютерної селекції» нових сортів займав у простих випадках одну два тижні роботи, у складних випадках було потрібно кілька місяців. Збірка оптимізованого геному досвідченого рослини в лабораторних умовах займала приблизно такий же час. Вирощування нового сорту на грунті займало кілька місяців. У будь-якому випадку, від моменту створення комп'ютерної моделі оптимізованого генома до моменту перевірки отриманих живих рослин на відповідність запланованим ознаками проходило не більше року.
Десятки тисяч фахівців, що працюють в індустрії оптимізації рослин, протягом одного року роботи могли поставити на світовий ринок десятки тисяч нових сортів всіх відомих сільськогосподарських рослин. Настільки значний потік нових сортів рослин вносив більшу невизначеність у майбутнє сільськогосподарського бізнесу, погрожував залишитися не при справах мільйонам сільськогосподарських виробників. Бурхливі процеси в сільському господарстві поки ще стримувалися державними інститутами, а також самою необхідністю ретельних випробувань отриманих рослин. Існувала реальна небезпека потрапляння в біосферу оптимізованого спадкового матеріалу та подальшого його випадкового впровадження в геноми тих рослин і організмів, які не передбачалося піддавати будь-яким поліпшень. Саме таке побоювання стало основним стримуючим фактором для масового впровадження оптимізованих рослин. Саме тому кожен новий сорт піддавався тривалим і ретельним дослідженням. У загальному випадку склалася ситуація коли наука могла кардинально змінити рослинництво в сільському господарстві, але змушена була стримувати свої можливості через обгрунтованих побоювань з приводу неконтрольованого розповсюдження оптимізованого генетичного матеріалу.
Подібні проблеми виникали також у тих галузях, де використовувалися оптимізовані природними генами дріжджі, гриби, мікроорганізми. У першу чергу це стосувалося переробної, харчової та фармацевтичної галузей промисловості.
Паралельно процесу поліпшення вже відомих сільськогосподарських рослин у наукових установах багатьох держав, йшов процес конструювання за допомогою технологій «комп'ютерної селекції», вже не нових сортів корисних рослин, а нових видів рослин, що володіють корисними множинними ознаками. Роботи ці зумовлювали швидкі серйозні перетворення в світовому сільськогосподарському виробництві. Конструювання нових видів рослин було заняттям набагато більш складним, ніж створення нових сортів з тієї причини, що вимагало взаємної ув'язки фрагментів генетичних текстів різних видів земної флори. Для зручності роботи для всіх вивчених рослин були створені маршрутні карти загального виду «група генів (ген) - ознака». Десятки тисяч маршрутних карт зводили до єдиних стандартів всю інформацію, напрацьовуємо різними науками. Для створення нового виду рослин із заданими ознаками вимагалося відібрати групи відповідають за ці ознаки генів і пов'язати їх між собою, а також з спадковим матеріалом базового рослини. Удавана простота принципу конструювання нових видів на практиці обернулася складним завданням для генної інженерії, цитології та програмування, як втім, будь-яка інноваційна робота, оскільки вимагала обліку тисяч невідомих раніше взаємозв'язків і факторів.
Різноманітність флори на нашій планеті і мільйони років природного відбору призвели до того, що рослини зайняли екологічно ніші існування в широкому інтервалі температур, вологості, освітленості, концентрацій хімічних речовин. Тому цілком реальним було створення в найближчому майбутньому нових видів рослин, які могли б плодоносити і розвиватися в будь-якому кліматичному поясі Землі, за винятком може бути Антарктиди і Крайньої Півночі.
Досить цікаво розвивався процес вирішення проблем, пов'язаних з оптимізацією геному тварин. Якщо на початку століття здавалося, що основною метою оптимізації геному тварин є задоволення потреб людини в їжі, одязі, медикаментах, то лише через десятиліття проблема стала виглядати інакше. Перетворення сільськогосподарських тварин у вузькоспеціалізовані біологічні машини з виробництва продуктів харчування і фармацевтичних препаратів, яке було технічно здійсненним і реальним, було відкладено на невизначений термін.
В основу такого рішення були покладені етичні та практичні міркування. Фантастичні можливості генетики вступили в суперечність з етикою і мораллю людського суспільства. Захищені здоровим консерватизмом, моральні цінності людства визначали зважене і обережне ставлення до революційних змін у будь-якій сфері життєдіяльності людини. Втручання в генотип тварин, особливо ссавців, зачіпало сформовану систему моральних цінностей, знецінювало в очі громадськості самої людини. До того ж значна частина населення Землі вважала людини створенням божим.
Крім цього існувала відома небезпека потрапляння оптимізованого спадкового матеріалу у генотипи інших видів тварин з можливими негативними наслідками. Ще однією неприємною стороною проведення дослідів на тваринах була необхідність знищувати численні невдалі зразки, багато з яких могли бути успішно використані у фільмах жахів. Численні аргументи, що закликають до обережності, сформували громадську думку, яке виражалося в старому російському прислів'ї «Сім разів відміряй, один раз відріж».
Одночасно зародилася нова концепція, яка в ближній перспективі могла призвести до вирішення проблеми оптимізації геному тварин для задоволення потреб людини без утиску традиційної моралі та етики. Вона полягала у вдосконаленні самих продуктів харчування. Кінцевою метою, відповідно до нової концепції, передбачалося отримання на основі оптимізованих і штучних рослин і мікроорганізмів нових, раніше не існуючих продуктів харчування. Перед вченими була поставлена загальна задача заміни тваринної їжі (в першу чергу, звичайно ж, м'яса) на продукти рослинного походження. При цьому автоматично накладалося вето на погіршення властивостей нових видів продуктів. Подібна концепція дала потужний імпульс наук, пов'язаних з вивченням рослин. Деякі з морських держав розробили національні дослідницькі програми, спрямовані на вивчення та оптимізацію морських організмів, у тому числі і риб. Експерименти з оптимізації геному риб виявилися тим компромісом між можливостями науки і техніки, з одного боку, та вимогами моралі і етики, з іншого. Фінансовий капітал і наукові сили, відклавши на час питання оптимізації сільськогосподарських тварин, переключилися на фінансування та проведення робіт з вивчення генетичного матеріалу морських організмів.
Подальше вирішення проблеми харчування людського суспільства в цілому з позицій нової концепції бачилося через оптимізацію геному і поліпшення організму самої людини, спочатку природними генами, а пізніше і штучними генами. Людина, яка має оптимізований геном, як уявлялося, буде задовольнятися набагато меншим об'ємом їжі і використовувати їжу з більш високим ККД. Надалі передбачалося, що категорії їжа і енергія все більше будуть віддалятися один від одного.
Сучасна людина потребує великих кількостях білка для будівництва та ремонту свого організму. Енергетичні потреби організму людини традиційно покриваються за рахунок жирів і вуглеводів. Харчування поліпшеного людини майбутнього буде направлено на задоволення цих же потреб, тобто на підтримку структури власного тіла в працездатному стані і на отримання енергії для забезпечення метаболізму. Необхідна енергія при цьому може бути отримана за рахунок переробки нових енергетичних речовин, нових енергетичних харчових продуктів, а постачання білком, можливо, буде замінено постачанням амінокислотами, які в незв'язаному вигляді будуть присутні в таких продуктах.
Практичне застосування знань про механізми реалізації спадкової інформації сприяло вирішенню багатьох медичних проблем. До кінця другого десятиліття за допомогою нових ліків індивідуального і вузькоспрямованого дії стало можливим виліковувати безпосередньо в організмі людини більшість відомих спадкових захворювань. Для деяких спадкових захворювань не були створені ефективні лікувальні препарати через рідкісного прояви цих захворювань. У багатьох випадках останнє слово залишалося за економікою, оскільки витрати на дослідження та розробку нових ліків не приводили до подальшої окупності витрачених коштів через відсутність масового попиту на ці ліки.
За десятиліття був напрацьований великий досвід практичного виправлення дефектних генів безпосередньо в клітинах людського організму. Перші експерименти часто закінчувалися відторгненням нових препаратів, які використовуються для корекції та лікування дефектних генів. Однак пізніше, «нормалізатори генів», розроблені з урахуванням індивідуальних особливостей геному хворого, а також знання механізмів реалізації несприятливих ознак призвели до того, що лікування спадкових захворювань стало звичним і буденним справою в медичній практиці. Це ж час ознаменувався проведенням успішних робіт щодо нормалізації дефектних генів безпосередньо в статевих генах людини. Подібні роботи могли бути проведені значно раніше, однак цього не сталося з тієї причини, що втручання в процес виникнення нового життя не схвалювалося провідними світовими релігіями, громадською думкою, і в багатьох країнах просто перебувало під законодавчим забороною. І хоча технічна сторона подібного втручання було добре відпрацьована, випадки практичного застосування були нечисленні й обмежені етичними і моральними нормами. У цьому випадку, як і у випадку з оптимізацією геному тварин наука вступала на територію, що традиційно належала Творцеві, і кожен новий крок вперед повинна була робити виважено і обережно.
Останні роки десятиліття були ознаменовані успіхами у вирішенні однієї з найсерйозніших проблем людства - проблеми раку. Крок за кроком вчені наближалися до повної і остаточної перемоги над цим захворюванням. І домоглися бажаного результату. Більшість форм раку стали повністю виліковуватися. Базовим підходом у лікуванні цього захворювання стало максимальне використання власних імунних ресурсів хворого. Після визначення типу генного порушення в ракової клітки проводився аналіз отриманої індивідуальної інформації, за підсумками якого вироблялися рекомендації щодо стратегії лікування. Подальше лікування було комплексним, вибір оптимального підходу проводився лікарем у співдружності з медичним комп'ютером.
Одним із принципів лікування ракових захворювань була нормалізація роботи генів вийшли з-під контролю організму. Технології нормалізації генів були добре відпрацьовані при лікуванні спадкових захворювань, і довели свою ефективність на практиці. Існувало подібність між механізмами генетичних порушень при захворюваннях раком і спадковими захворюваннями. Спільним для них було порушення структури або цілісності певних ділянок ДНК. При захворюваннях на рак осложняющими факторами були агресивність переродившись клітин, що проявлялося в їх нестримному розподілі, а також пересування хворих клітин з потоками біологічних рідин по всьому організму, що робило непередбачуваним місце появу метастазів. Тому технології нормалізації генів найуспішніше застосовувалися на ранніх стадіях захворювання, коли кількість хворих клітин, в яких необхідно було виправити дефектні гени, становило десятки тисяч.
У більш складних і запущених випадках, коли застосування одних «нормалізаторів генів» було малоефективним через величезної кількості ракових клітин, використовувалися комплексні методи впливу на переродившись клітини. Перш за все, імунну систему хворого змушували працювати на повну потужність спеціальними активуючими препаратами. Цей захід в будь-якому випадку збільшувала опірність організму і давала необхідний запас часу. Паралельно цього йшов процес виявлення власних антитіл організму, специфічних до антигенів злоякісної клітини. Потім, базуючись на аналізі виявлених білкових молекул, медичні працівники підбирали виробників моноклональних антитіл, найбільш придатних до даного випадку. При цьому використовувалася картотека існуючих гібридних клітин, які виробляють однотипні антитіла до специфічних пухлинним клітинам. У стислі терміни ці штучні фабрики моноклональних антитіл здійснювали у великій кількості синтез специфічних для даної пухлини антитіл поза організмом людини.
Вироблені в великих кількостях антитіла використовувалися далі в якості маркерів, якими мітили злоякісні клітини для подальшого впливу на них власних імунних ресурсів хворого, а також для будівництва різноманітних імунних комплексів. Імунні комплекси були складними біологічними сполуками, які виконують функції знаходження і знищення переродившись клітин безпосередньо в організмі людини. Вони складалися зі специфічних антитіл, відповідальних за виборче приєднання до ракових клітин, і згубних для цих клітин хімічних сполук, в ролі яких виступали різні токсини і отрути. У процесі лікування ракові клітини виявлялися і знищувалися по всьому організму людини, а надлишок імунних комплексів в організмі людини після закінчення лікування попереджав можливість рецидивів. Знищенню піддавалися всі ракові клітини незалежно від місця їх знаходження, будь вони в тканинах організму або в біологічних рідинах. Використання специфічних моноклональних антитіл дозволило добитися високої ефективності і вибірковості при знаходженні і приєднання до клітинних мішенях.
Складні, комбіновані і рідкісні випадки ракових захворювань вимагали індивідуального підходу до лікування. Як правило, для цього методами генної інженерії створювалися індивідуальні антитіла, здатні зв'язуватися з рідкими формами злоякісних клітин. Подібні антитіла часто могли приєднуватися до декількох типів ракових клітин, тобто були універсальним засобом. До кінця десятиліття лікування більшості форм раку стало реальністю, однак, кожен конкретний випадок вимагав обліку індивідуальних чинників. У деяких випадках вартість лікування була надзвичайно висока, однак кошти, як правило, перебували, оскільки будь-яке просування вперед збагачувало медицину новими знаннями і давало можливість подальші проблеми вирішувати ефективніше і швидше.
Імунні комплекси, здатні вибірково впливати на клітини-мішені, стали найбільш популярними лікарськими препаратами в світі. Ціла індустрія, яка народилася на стику фармакології і генетики, справно постачала на світовий ринок тисячі різновидів моноклональних антитіл і тисячі різновидів наповнених лікарськими речовинами капсул, у якості яких використовувалися давно відомі ліпосоми. Конструювання імунних комплексів при лікуванні захворювань відбувалося з урахуванням індивідуальних особливостей конкретного організму. У стислі терміни були сконструйовані і випробувані кілька сотень імунних комплексів універсального призначення, які використовувалися як для лікування захворювань, так і для їх профілактики, а також у косметичних цілях. Імунні комплекси універсального призначення здійснювали цільову доставку лікарських і біологічно активних сполук до клітинних мішенях. Наповнені лікарськими речовинами ліпосоми приєднувалися до мембрани клітин, що мають фосфоліпідно будова, після чого вміст ліпосоми вивільнялося і частково потрапляло всередину клітини, а частково залишалося на її поверхні. І той, і інший процес були однаково корисні для нормалізації клітинної діяльності. Вибір співвідношення між кількістю лікарського препарату, що пройшов через клітинну мембрану і залишився на поверхні клітини визначався розмірами самої ліпосоми. Так ліпосоми малих розмірів здійснювали доставку свого вмісту безпосередньо всередину клітини і несли в собі препарати внутрішньоклітинного дії. Ліпосоми більших розмірів доставляли містяться в них речовини на поверхню клітинних мембран, впливаючи на тканини і органи, і застосовувалися найчастіше в косметичних цілях. Значну частину світового споживання імунних комплексів займали профілактичні мети. Ті знання про функціонування клітин, які вже були отримані наукою, дозволяли давати успішні рекомендації щодо потреби тих чи інших клітин і тканин в певних речовинах з урахуванням віку, статі, пори року та інших чинників. Планове використання імунних комплексів дозволяло задовольняти потреби організму людини в повній мірі і часто превентивно.
Повніше і досконаліше за останні роки стала комп'ютерна модель еталонного геному людини. Розшифровка декількох тисяч індивідуальних геномів представників різних рас, народностей, віку, і т.д. дала необхідний якісний матеріал, який сприяв викладу еталонного геному людини у вигляді загальнодоступної комп'ютерної моделі. І хоча механізми реалізації функцій багатьох генів залишалися до цих пір ще нез'ясованими, все ж було визначено, що більшість таких генів є відповідальними за процеси метаболізму, або іншими словами за реалізацію внутрішньоклітинних реакцій. Такі реакції були однаковими для всіх представників виду Homo Sapiens, за рідкісними винятками, пошук яких був цікавим і перспективним напрямком в генетиці. Невелике спрощення моделі еталонного геному людини, засноване на припущенні, що гени, що відповідають за процеси метаболізму в організмі будь-якої людини, є однаковими для всіх людей, дозволило створити цілком достовірну модель еталонного геному. Ця модель мала деякий архітектурний ухил і достовірно показувала шляху реалізації морфологічних ознак людини, зображених схемами «ген (група генів) - білок - ознака». Поява такої моделі дозволило надати генетиці наочність і видовищність. Якщо додати до цього можливість інтерактивної роботи з комп'ютерною моделлю в режимі реального часу, то важко було недооцінити, наскільки серйозний інструмент з'явився в руках вчених. Поява такого інструменту дало також дуже багато в плані залучення фінансових коштів і талановитих людей у генетику і суміжні науки.
Мільйони цікавляться людей, не фахівців, отримали доступ до інтерактивної моделі еталонного геному людини, вірніше до її ігровий загальнодоступної версії. Тепер будь-який бажаючий міг задовольнити власну цікавість і поекспериментувати з генами людини. На рівні користувача багато людей, комбінуючи з набору архітектурних генів, конструювали тіла, особи і організми для свого віртуального потомства, реалізуючи власні переваги. Відбувся сплеск інтересу з боку суспільства до будови людського організму і можливостям поліпшення людини за рахунок застосування еталонних генів. На якийсь час найпопулярнішим заняттям серед дорослих і дітей стали комп'ютерні ігри з узагальненою назвою «Сконструюйте людини».
Фахівці ж працювали з комп'ютерною моделлю еталонного геному людини скрупульозно і з натхненням. Вони щогодини уточнювали численні взаємозв'язку типу «ген - білок - ознака», які були покладені в основу комп'ютерної моделі. Однак не менш важливим було достовірне відображення в моделі тих складних взаємозв'язків між генами, білками і ознаками, які існували в прихованій, неявній формі. Оскільки подібних взаємозв'язків існувало астрономічну кількість, а число вчених працюють у цій галузі науки становило десятки мільйонів, то надходження нової корисної інформації та вдосконалення моделі еталонного геному людини відбувалося безупинно. З ростом числа відображених взаємозв'язків у комп'ютерній моделі збільшувалися потенційне різноманіття морфологічних ознак і складність моделі. Досконала модель повинна була враховувати не тільки взаємозв'язки всередині генома, але і вплив на процеси реалізації спадкової інформації концентрацій хімічних сполук, температури, освітленості, величини електричного і магнітного полів і т.п.
Приблизно цим же часом датується поява перших комп'ютерних моделей еталонних геномів деяких чудових тварин, в основному комах і мешканців моря. Розшифровка їх геномів почалася досить давно і була спрямована в основному на одержання інформації про спеціалізовані функціях і ознаках, які могли бути використані в інтересах людини. Робота з існуючими моделями геному деяких чудових тварин і можливість швидкого уточнення моделей призвели до накопичення якісної інформації про реалізацію функцій більшості генів і їх груп. Цієї інформації було достатньо для створення моделей еталонних геномів досліджуваних тварин. За еталон в подібних моделях приймалася комбінація генів, що призводить до найкращої реалізації чудового ознаки якої функції. Так був досліджений геном деяких комах, що показують видатну стійкість в умовах радіаційного опромінення, на предмет розуміння механізмів внутрішньоклітинного «ремонту» і регенерації тканин. Крім цього були розшифровані геноми деяких морських організмів, які відчувають себе комфортно при негативній температурі навколишнього середовища, а також в умовах підвищеної температури і високого тиску. Метою подібних досліджень було визначення набору метаболічних реакцій, що дозволяють штучного організму функціонувати в екстремальних умовах, смертельних для більшості земних організмів.
Подібні дослідження були вкрай важливі для оцінки механізмів життєзабезпечення людського організму, які були запрограмовані в геномі людини і проявлялися через стійкі метаболічні реакції. У земній біосфері не існувало великої різноманітності механізмів реалізації одних і тих же ознак (функцій) у різних організмів, як і різноманітності комбінацій генів, що кодують ці механізми. Еволюція зупинилася на достатності тих чи інших механізмів реалізації ознаки для кожного організму стосовно середовищі її проживання, не удосконалюючи ці механізми більш необхідного. Чим агресивну й ворожу було природне оточення будь-якого біологічного виду, тим більш спеціалізовані функції йому доводилося виконувати для виживання, і тим вище пред'являлися вимоги до механізмів реалізації необхідних ознак, тим вище перебувала планка достатності ознаки.
Розуміння спеціалізованих еволюційних напрацювань Природи дозволило вченим порівняти механізми реалізації ознак (функцій) у різних біологічних видів і у людини, отримати тим самим цінний матеріал для майбутнього покращення людського геному. З точки зору більшої частини земної суспільства, розширення можливостей людини за рахунок використання еволюційних напрацювань Природи було допустимим і можливим. У міру подальшого дослідження земних організмів ретельно вивчалися і відбиралися найкращі механізми реалізації ознак (функцій), які могли бути з успіхом використані для конструювання більш досконалого організму, ніж існуючий людський організм.
Продовжувалося всебічне вивчення хімічних властивостей молекул ДНК людини. Особливо дослідників цікавило взаємодію ДНК і біологічно активних речовин (ферментів, отрут, гормонів та ін) тваринного і рослинного походження. Метою, яку ставили перед собою вчені, було створення картотеки хімічних сполук вибіркової дії, здатних приєднуватися до строго певних ділянок «молекули життя». З практики народного лікування різних країн світу були запозичені лікарські засоби, що впливають на організм людини на внутрішньоклітинному рівні. З десятків тисяч біологічно активних речовин подібної дії, використовуваних в народній медицині протягом сотень і тисяч років, після ретельного вивчення були відібрані лише кілька сотень. Відбір проводився за критерієм стійкої взаємодії біологічно активної речовини і ДНК людини безпосередньо в функціонуючої клітині людського організму. Подальше вивчення відібраних біологічно активних речовин природного походження йшло шляхом моделювання біохімічних реакцій їх взаємодії з ДНК, а також по дорозі розуміння механізмів зв'язування даних речовин з певними ділянками «молекули життя».
Проведені протягом двох десятків років дослідження завершилися систематизацією біологічно активних речовин за ознакою конкретного місця приєднання даного з'єднання до ДНК. З великого розмаїття лікарських засобів народної медицини були вичленовані речовини, здатні вибірково зв'язуватися з певними генами. Отримані знання почали використовуватися для розробки коштів цільової доставки лікарських препаратів в генній терапії. Трохи пізніше, за допомогою технологій комп'ютерного моделювання, з молекул відібраних речовин були виділені активні центри молекул, відповідальні за виборче взаємодія з ДНК. Подібні активні центри були використані при створенні коштів цільової доставки препаратів генної терапії до дефектним ділянкам геному.
Кошти цільової доставки препаратів генної терапії представляли собою складні білково-ліпосомних комплекси, близькі за своєю будовою до імунних комплексів, що широко застосовується у фармації і косметології. Відмінністю між засобами цільової доставки препаратів генної терапії та імунними комплексами був більш глибокий рівень впливу на органічну матерію. Це відмінність диктувало також підвищену складність будови білково-ліпосомних комплексів. Приєднання такого комплексу до функціонуючої клітці здійснювалося на основі взаємодії двох білків, які є відповідно «ключем» і «замком». «Замком» був тривимірний білковий «орнамент» зовнішньої поверхні клітинної мембрани, а «ключем» - синтезоване поза організмом людини специфічне антитіло до даної білковою структурою. Такий підхід гарантував доставку капсули з препаратами генної терапії до певної клітці. Після проникнення капсули всередину клітини, її вміст вивільнялося, і в дію вступала другий ступінь комплексу, що представляє собою зв'язку активний центр і власне препарат генної терапії. Місце приєднання активного центру до молекули ДНК задавалося формулою активного центру, чия структура також визначала ширину дефектної ділянки геному, на який впливає препарат генної терапії.
Різні комбінації активних центрів і препаратів генної терапії дозволили покрити ефективним нормалізуючим впливом великі ділянки геному. Можливість вибірково впливати на конкретний одиничний ген, не зачіпаючи при цьому функцій сусідніх генів, дозволяла надавати адресне активуюча або гнітючий вплив на дефектні ділянки геному, що складаються з одного або декількох генів. Це в свою чергу відкривало перспективи нормалізації і поліпшення генів безпосередньо в клітинах функціонуючого людського організму протягом усього життя людини. По суті, зароджувався новий клас ліків, теоретично здатних одночасно впливати на всі клітини людського організму. На практиці це означало можливість екстреного відновлення або пригнічення функцій генів і груп генів, що вимагають впливу, що нормалізує, в стислі часові терміни. Дуже близькими наслідками розвитку подібних технологій могли стати омолодження організму людини, збільшення активної тривалості життя, індивідуальне поліпшення клітин, тканин і органів. Більш віддаленими наслідками зароджуються технологій бачилася практика одночасного впливу на необмежену кількість клітин, які складають тканину або орган людського організму, а також контрольоване вирощування нових органів і тканин людини безпосередньо у функціонуючому організмі.
Необхідно зауважити, що в багатьох лікувальних установах світу протягом останніх дванадцяти років штучно вирощувалися, і досить успішно, деякі тканини і органи людини. Існуючі технології вирощування людських органів і тканин поза організмом були надзвичайно складні, в основному, тому що вимагали наявності строго регламентованої за фізико-хімічними параметрами живильного середовища, що складається із сотень інгредієнтів. На жаль, в даних технологіях не використовувалися властиві живим організмам механізми генетичного супроводження та контролю над розвитком власних органів і тканин, в першу чергу через недостатність знань про роботу цих механізмів. Брак знань вимагає розробити механізми примусового впливу, дублюючі програму генетичного супроводження та контролю, наявну в кожному живому організмі. Програма генетичного супроводження та контролю регламентує виконання клітинами визначених для даного місця розташування функцій та етапів розвитку, вибраних з величезної кількості можливих варіантів. Взаємна координація груп клітин на етапах розвитку є необхідною умовою при будь-яких процесах росту і розвитку клітин, тканин, органів і організму в цілому. Відсутність взаємної координації при будь-яких процесах зростання неминуче призведе до неконтрольованого зростання тканин і, як наслідок, до взаємного придушення корисних виконуваних функцій з точки зору цілісного органу, організму.
Традиційно для формування об'ємної структури вирощуваних поза людського організму тканин і органів застосовувалися механічні обмеження, а також обмеження у поживних речовинах, необхідних для росту клітин. Тепер же з'явилися нові можливості для поетапного регулювання процесів клітинного росту і розвитку. Для корекції процесів клітинного росту почали вперше застосовувати препарати генної терапії, що містять хімічні сполуки вибіркової дії, одночасно активують або деактивуйте гени і групи генів у великій кількості клітин. Таким чином, здійснювалося контрольоване поетапне виконання наміченої програми зростання клітинної тканини або цілісного органу. Вирощування штучних органів поза організмом людини стало гарним полігоном, на якому шліфувалися технології поетапного регулювання процесів росту і розвитку біологічної матерії препаратами генної терапії.
Отримані в результаті спільної праці вчених і ентузіастів з багатьох країн знання, звичайно ж, безсоромно використовувалися у військових лабораторіях для вдосконалення генетичного зброї. Розробка «генетичних куль» була зворотним боком удосконалення препаратів генної терапії. Вивести з ладу і зламати людський організм, завжди було легше, ніж створити і вилікувати його. Досконале генетичне зброю відкривало перспективи владарювання усією планетою, і до того ж було менш витратним, ніж розробка досконалих препаратів генетичного регулювання для медичних цілей. З цих причин робота над створенням генетичного зброї проводилася у військових відомствах десятків країн світу, не зупиняючись ні на хвилину, з залученням кращого обладнання і необмежених коштів. До безлічі існуючих способів умертвіння людини додалися десятки нових, підступних і витончених. Генетичне зброя, здатна впливати на різні рівні організації біологічної матерії, і здатне вивести з ладу клітини, тканини і органи людини, а також знищити будь-які тварини і рослинні організми, стало реальністю. Застосування його було утруднене і навіть заборонено існуючими конвенціями, міжнародними домовленостями і угодами, як втім, і застосування інших видів зброї масового ураження. Але ризик виникнення світової катастрофи, як наслідок самого факту існування подібної зброї, виріс багаторазово. Вільне ходіння препаратів генної терапії плюс професійні знання несумлінних науковців могли породити витончені доморощені способи генетичного приниження і знищення людини, які мислячим ученим минулих років не могли представитися навіть у кошмарному сні. Наприкінці десятиліття були зафіксовані перші випадки терористичних актів із застосуванням «генетичних куль» та інших видів генетичного зброї. Спецслужби провідних країн світу і потужних транснаціональних компаній взяли на озброєння індивідуально розроблені "генетичні отрути», здатні вибірково умертвити конкретної людини, перетворити його на інваліда або в божевільного.
Також почастішали випадки хуліганського застосування саморобних хімічних сполук, що негативно впливають на гени людського організму. Спочатку ненаправленої на загибель людей, це було явище того ж порядку, що й розробку комп'ютерних вірусів, синтез саморобних наркотиків і отрут, розробка доморощених вибухових пристроїв тощо, однак все частіше застосування подібних хімічних сполук призводило до загибелі людей. Доступ до сучасних знань і технологій у сукупності з особливостями людської психіки і відповідно до постулатами теорії ймовірностей породжував страшні технологічні химери, смертельно небезпечні для людства, але задовольняють самовдоволені амбіції невизнаних «геніїв».
Для невеликих спеціальних підрозділів, що виконують особливі операції, при яких великий ризик смертельного ушкодження організму, а також для представників вищих ешелонів влади стала звичайною практика превентивного вирощування найважливіших органів і тканин на випадок їх пошкодження в екстремальних ситуаціях. Істотні витрати на ці цілі могли дозволити собі тільки економічно розвинені і багаті країни або міжнародні організації, зокрема такий підхід реалізовувала ООН для захисту політичних діячів від терористичних актів, а також солдатів при забезпеченні миротворчих місій.
Широке поширення в світі отримали промислові селективні технології, засновані на використанні специфічних білкових молекул (антитіл). У подібних технологіях ефективно задіяти принцип вибірковості, властивий складним біологічним об'єктам, який визначав виборчий імунну відповідь організму при попаданні в нього чужорідної речовини. Антитіла, що виробляються організмом для зв'язування певного хімічної сполуки, теоретично могли вибірково зв'язувати молекули будь-яких речовин, і робити це тим ефективніше, чим більш складну будову мали ці речовини. На практиці для створення специфічних антитіл до певного хімічної сполуки, спочатку розроблялася комп'ютерна модель взаємодії цієї хімічної сполуки і моделей білкових молекул з існуючого банку даних. Після попереднього перебору варіантів здійснювався відбір декількох відповідних молекул-претендентів на роль антитіла, після чого наступала стадія оптимізації хімічної структури цих білкових молекул. Не варто забувати, що всі обчислювальні й аналітичні процеси здійснювалися на комп'ютерних моделях, а не на матеріальних об'єктах. Потужне комп'ютерне супровід дозволяло перебирати десятки мільйонів варіантів можливого будови білкової молекули і відбирати з них найбільш оптимальні, хоча, все це і займало досить багато часу.
Паралельно проводилися роботи зі створення специфічних антитіл до різних хімічних сполук безпосередньо у функціонуючому організмі тварини або людини. При цьому були задіяні природні програми створення специфічних антитіл, вироблені і відшліфовані еволюцією. Отримані результати обов'язково відображалися у вигляді комп'ютерної моделі і піддавалися ретельному аналізу і уточнення.
Обидва зазначених способу доповнювали один одного, що сприяло отриманню швидких та якісних результатів. Після того як структурна шукана формула білкової молекули була визначена, у справу вступали генні інженери зі своїми специфічними методами. Кінцевою метою їхньої роботи було створення послідовності нуклеотидів, що кодують синтез даного білка, або іншими словами групи генів, здатних продукувати саме цей білок. Оптимізація вихідної групи генів методами генної інженерії дозволяла домогтися бажаних результатів і в остаточному підсумку синтезувати саме ту молекулу білка, структура якої була визначена в процесі комп'ютерного моделювання як найоптимальніша. Надалі масові кількості специфічних білкових молекул отримувалися шляхом синтезу білка у клітинних культурах.
Селективні технології застосовувалися в першу чергу для вилучення рідких або дорогих хімічних сполук з розчинів малих концентрацій і забруднених розчинів різного походження. У медицині і фармацевтиці вони застосовувалися для якісної очистки біологічних розчинів, як в лабораторних умовах, так і в складі живих організмів, що було перспективною новацією. Ще однією сферою застосування було витяг з природних і штучних розчинів великих кількостей корисних хімічних сполук масового застосування. Собівартість видобування таких недорогих речовин була досить висока, однак швидко зменшувалася у міру поширення нових технологій. Для отримання великих кількостей корисних речовин конструювалися специфічні білки тривалого використання, здатні до регенерації своїх властивостей. Як правило, білкові молекули кріпилися хімічним шляхом до інертної керамічної підкладці, що виконує конструкційні й захисні функції.
Велику увагу вчені приділяли вивченню еволюційних напрацювань Природи. Так вивчення морських організмів, які концентрують у собі окремі хімічні елементи і сполуки, дозволило розшифрувати структуру декількох десятків білків, вибірково зв'язуються з тими або іншими компонентами, розчиненими в морській воді. Оптимізація комп'ютерних моделей і конструювання оптимальних послідовностей нуклеотидів призвели до створення штучних мікроорганізмів, які продукують промислові кількості білкових молекул, здатних селективно зв'язувати деякі корисні компоненти з водних розчинів. Першими кандидатами на вилучення з морської води стали шляхетні й рідкоземельні метали. Значний інтерес також викликала можливість видобутку з природних і технологічних водних розчинів радіоактивних елементів з метою використання їх в енергетичних і військових установках. Це завдання надзвичайно складно було реалізувати на практиці. Підвищена радіоактивність різко знижувала ефективність функціонування білкових молекул і приводила до їх швидкого руйнування через сильний радіохімічного дії на атоми складових елементів. Застосування білкових молекул для збагачення і концентрації радіоактивних елементів, вимагало створення додаткових систем ремонту та життєзабезпечення цих білкових молекул. Виконання нових додаткових функцій вимагало переходу на наступний рівень складності - рівень найпростішого організму, який поєднував би в собі технологічні і підтримують власне існування дії.
Здавалося, що за допомогою селективних технологій ось-ось стане можливим витяг з неагресивних розчинів будь-яких речовин. Однак такий привабливий результат був справою завтрашнього дня. Реальністю дня сьогоднішнього було конструювання білкових молекул із заданими властивостями, для цього існували наукові і технологічні передумови. Труднощі починалися при взаємній ув'язці послідовностей нуклеотидів, що кодують синтез складних білкових молекул, оскільки ще недостатньо було зібрано даних про взаємозв'язки виду «ген - білок», щоб впевнено оперувати такими будівельними блоками як гени. Тому при конструюванні білкових молекул вибіркової дії за основу часто доводилося брати розшифровані природні послідовності нуклеотидів, що кодують близькі аналоги конструйованих молекул.
Розквіт біохімії, цитології, генної інженерії, каталітичної хімії та інших наук, заснованих на використанні властивостей речовини, був зумовлений небувалими можливостями комп'ютерного моделювання, які базувалися на надпотужних комп'ютерах і скоєному програмному забезпеченні. У найближчій перспективі вимальовувалися контури нової інтегральної технології - комп'ютерного конструювання речовини із заданими властивостями. Під терміном «речовина» слід було розуміти як неорганічні сполуки, так і об'єкти органічної хімії, в тому числі складні і надскладні з'єднання, що беруть участь у біохімічних реакціях живих організмів. Основним завданням такої інтегральної технології було поліпшення, оптимізація хімічних процесів, створення нових досконалих речовин і реакцій, за рахунок максимального використання властивостей речовини. Конструювання нових хімічних сполук і реакцій у віртуальному середовищі дозволяло обійтися без сотень мільйонів натурних дослідів, економлячи тим самим ресурси і час всієї планети, скорочуючи строки, необхідні для створення тих чи інших матеріальних благ. Але це все ще багато в чому було справою майбутнього. А поки технології комп'ютерного конструювання нових речовин відпрацьовувалися на безлічі окремо існуючих моделей (рівнів єдиного простору віртуального моделювання), використовуваних в генетиці, фармацевтиці, каталітичної хімії та інших науках. Для об'єднання всього напрацьованого досвіду в рамках однієї технології потрібні комп'ютерні потужності в сотні мільйонів терафлоп і універсальне програмне забезпечення, що дозволяє працювати з різними базами даних, більшість з яких формувалося на основі спеціалізованих і локальних програм.
Дійсно, у десятках країн і тисячах наукових установ по всьому світу напрацьовувався дослідний матеріал в області біотехнологій, генного та хімічного конструювання. Вплив суб'єктивних факторів, таких як секретність, амбіції, прагнення отримати надприбуток призводило до того, що багато хто вже наявні наукові дані не могли бути зведені в єдину картину і охоплені універсальним програмним забезпеченням. А адже найчастіше відкриття таїлися в дрібницях, які губилися в пролом і не стикування отриманих даних. Для подальшого руху вперед треба створити єдину базу даних і універсальне програмне забезпечення, що дозволило б оглянути реальну картину знань, напрацьованих вченими всього світу. Найбільші світові виробники м'якого товару взялися за цю колосальну завдання. Вони розуміли що той, хто першим зможе запропонувати універсальне програмне забезпечення, отримає хороші шанси стати монополістом у найближчому майбутньому, коли комп'ютерне моделювання та конструювання стануть невід'ємною частиною всіх промислових, розважальних та навчальних технологій. Програмне забезпечення, що об'єднало сьогодні розрізнені бази даних і комп'ютерні моделі біологічних і хімічних наук в єдине ціле, завтра об'єднає в єдину картину всі існуючі науки про Природу, а дещо пізніше дозволить оперувати в просторі віртуального моделювання усіма знаннями, напрацьованими людством. Що й говорити, перспективи розвитку були дуже вражаючими, і це призвело до того, що конкуренція і відносини між підприємствами різних форм власності, які розробляють програмне забезпечення, стали максимально жорсткими і прагматичними.
До кінця другого десятиліття нового століття потужність суперкомп'ютерів досягла вражаючих величин. У більшості розвинених країн світу успішно експлуатувалися десятки суперкомп'ютерів, кожен потужністю один мільйон терафлоп. Така разюча збільшення потужності комп'ютерів визначалося досконалої елементної базою і впровадженням нових технологій. На практиці була реалізована теоретична можливість запам'ятовування, і передачі одного біта інформації за допомогою одного електрона, причому зроблено це було на традиційних плоских та об'ємних мікросхемах. Швидкими темпами розвивалися молекулярні і субмолекулярному технології, що дозволяють експоненціально збільшити обробну потужність комп'ютерів. До них можна було віднести технології, що використовують модифіковані нанотрубки, біологічні молекули, в тому числі ДНК, а також квантові технології, засновані на використанні субатомних частинок в якості робочих елементів. Дещо осібно перебували технології, що використовують фотони замість електронів для передачі та обробки інформації.
На всіх цих напрямах в останні роки відбувся суттєвий прорив. Результатом цього стала поява персональних комп'ютерів з обробній потужністю десять у чотирнадцятому ступеня операцій в секунду. Такі висококласні машини мали високу ціну, але вигода від їх застосування багаторазово перевищувала витрати, тому нові комп'ютери були придбані багатьма науковими установами світу, як робочий інструмент для провідних фахівців. Ці обчислювальні машини були включені цілодобово. У неробочий час вони автоматично підключалися до світової комп'ютерної мережі для вирішення складних і актуальних завдань сьогодення. Загальна потужність всепланетної обчислювальної мережі, яка теоретично могла бути задіяна для вирішення надскладних завдань, склала на кінець 2019 більше мільярда терафлоп.
Значні потужності персональних комп'ютерів, а також нове покоління систем об'ємної комп'ютерної візуалізації сприяли створенню побутових тривимірних дисплеїв, які формують динамічний об'ємне зображення безпосередньо в повітрі. Використання такого обладнання збільшило ефективність праці фахівців самих різних професій. Можливість візуального спостереження за змінами всередині модельованого об'єкта або процесу була надзвичайно важлива як для інженерів і конструкторів технічних професій, так і для розробників новітніх технологій у генетиці, біології, хімії тощо
Дуже привабливою була можливість проведення постійно діючих конференцій з різних проблем науки і техніки, на яких інформація та гіпотези представлялися у вигляді динамічних тривимірних зображень. Для одночасної участі в обговоренні таких проблем декількох десятків чоловік, учасників одного проекту, що працюють у різних містах світу, розроблялися великі системи об'ємної комп'ютерної візуалізації. Термін дисплей для великих систем об'ємної комп'ютерної візуалізації не застосовувався, оскільки схожість між такими системами і традиційним дисплеєм комп'ютера було вельми віддалених. Впровадження перших великих систем об'ємної комп'ютерної візуалізації в провідних наукових центрах світу сприяло скороченню числа наукових конференцій та дискусій, що вимагають особистої присутності вчених, а також зменшило необхідність особистих контактів між науковцями. Дійсно, що може бути більш зрозумілим і дохідливим, ніж відкриття, думка або зауваження, викладене у вигляді динамічного тривимірного зображення, в деталях відображає досліджуваний процес або явище. Разом з тим необхідність викладу різних думок у єдиній, доступною для загального розуміння формі динамічного тривимірного зображення, зажадала розробити єдині стандарти на створення тривимірних зображень і комп'ютерних моделей. Це було здійснено вчасно і оперативно. Єдині стандарти встановлювали єдину мову спілкування для вчених усього світу, уніфікували програмне забезпечення, систематизували інформацію і в кінцевому підсумку скорочували час, необхідний для нових розробок, досліджень, перевірки наукових гіпотез і припущень.
З позицій створення єдиного простору віртуального моделювання (ЕПВМ), все, що відбувалося у другому десятилітті в області комп'ютерного моделювання, було першим етапом перекладу накопичених знань у віртуальну форму, розробкою найпростіших рівнів, що відображають реалії навколишнього матеріального світу. Ці перші рівні ЕПВМ були першими шматочками небувалою мозаїки, з безлічі яких у майбутньому буде складатися єдина комп'ютерна модель світобудови, оснащена системами інтерактивного доступу до кожного рівня і системами оновлення та коригування взаємозв'язків між рівнями.
Інтенсифікувалося вивчення процесів запам'ятовування і мислення, що відбуваються в мозку людини. Підсумком цих досліджень стало розуміння в цілому фізіологічних і біохімічних механізмів запам'ятовування і мислення. Відсутні знання були отримані за допомогою томографів нового покоління, здатних відстежувати зміни та розподіл електричної активності, температури та деяких інших параметрів в ділянках головного мозку людини. Свою лепту у вивчення внутрішньомозкових процесів внесли біохіміки, які розшифрували молекулярну структуру багатьох сполук, які беруть участь у процесах запам'ятовування, і визначили послідовності біохімічних реакцій, які обслуговують процеси запам'ятовування.
Отримані знання створили гарні передумови для розробки нових способів введення інформації в мозок людини, заснованих на використанні традиційних інформаційних каналів (зір, слух, нюх, тактильні відчуття та ін), а також на нових оригінальних ідеях. Основний підхід базувався на доведеній можливості контрольованої перезапису інформації, що зберігається в підсвідомості людини, в ті ділянки мозку, які містять інформацію для усвідомленого повсякденного використання.
Як відомо, людський мозок зберігає в підсвідомості практично всю інформацію, отриману протягом життя. Але переважна її частина не може бути швидко вилучено та використана для вирішення виниклої проблеми або просто за бажанням. Причина полягає у відсутності природного механізму, який би дозволяв підключати для оперативної роботи головного мозку резерви інформації, що зберігаються в підсвідомості. Відсутність такого механізму є одним з елементів захисту людського мозку від інформаційних перевантажень, набутим у процесі еволюції. Значимість такого механізму для сучасної людини, що володіє розвиненим інтелектом і підвищеним самоконтролем, вельми сумнівна. З одного боку зайво захаращувати свідомість людини постійними турботами про правильному функціонуванні всіх систем життєзабезпечення організму, з іншого боку в житті людини бувають моменти гострої необхідності, коли ситуація вимагає викластися на межі власних можливостей. І в таких випадках можливість ручного керування системами життєзабезпечення організму може бути вкрай бажана.
Однак Природа все ж передбачила існування механізмів часткового виборчого перекладу інформації з підсвідомості у свідомість людини, що підтверджується існуванням таких явищ як згадування у сні та інтуїція. Ці механізми стали основою технології запам'ятовування великих обсягів інформації. Реалізований підхід базувався на удосконаленні та поліпшенні природних механізмів виборчого перекладу інформації з підсвідомості у свідомість, і метою своєї ставив оперування великими обсягами інформації. Переклад інформації з підсвідомості у свідомість людини здійснювався в два етапи. На першому етапі інформаційні масиви вводилися в підсвідомість людини в той час, коли людський мозок знаходився в особливому психічному стані (під гіпнозом, в стані медитації, під дією психотропних препаратів). Після цього на другому етапі здійснювалося «прояв» отриманої інформації або перезапис інформації в свідомість людини та її закріплення там. Для цього використовувалися методи комбінованого впливу на окремі ділянки головного мозку і нервові закінчення всього організму змінними електромагнітними полями і фармацевтичними препаратами.
Перші досліди були обнадійливими. Головна складність полягала в тому, що для переведення інформації в підсвідомість була потрібна висока точність виборчого впливу фізичних і хімічних методів на певні ділянки людського мозку. Зі збільшенням числа експериментів необхідна точність була досягнута. І якщо перші досліди стосувалися «прояви» отриманої підсвідомістю інформації, то в найближчій перспективі проглядалися можливість введення в мозок людини потрібних поведінкових програм, алгоритмів мислення, професійних навичок. При цьому терміни запам'ятовування необхідних обсягів інформації складали б, як очікувалося, лічені години і дні замість багатьох років традиційного навчання.
Удосконалювалися нанотехнології створення матеріалів із заданими властивостями. Подібні матеріали були призначені для застосування в різних галузях світового господарства. Спочатку технології молекулярного складання матеріалів були орієнтовані на потреби електронної промисловості, де була потрібна особлива чистота вживаних матеріалів, висока точність взаємного розташування складових елементів і надточна дозування внесених домішок. Подібні вимоги ставилися перед електронною промисловістю перш і виконувалися відомими фізичними і хімічними способами. Зменшення кількості внесених домішок до кількох атомів, перехід до виробництва тривимірних мікросхем, колосальне зменшення розмірів всіх активних елементів, підвищені вимоги до надійності призвели до появи нових технологічних рішень. При виробництві об'ємних мікросхем кожного типу став застосовуватися індивідуальний набір каталітичних і абсорбційних матриць, які послідовно здійснювали формування об'ємної структури мікросхеми, приєднуючи необхідні молекули й атоми до основи мікросхеми. Живильним середовищем, якщо доречно в даному випадку застосувати біологічний термін, що несе в собі необхідні елементи були особливо чисті розчини та газові суміші.
Технології каталітичних і абсорбційних матриць базувалися на принципах виборчого виділення з розчинів і газових сумішей необхідних хімічних сполук і виборчого приєднання цих хімічних сполук до певних молекул, що будується. З успіхом використовувалися і зворотні принципи - виборчого відбирання атомів і молекул з споруджуваного об'єкта. У загальному випадку, нанотехнології розбудили фантазію вчених і техніків багатьох спеціальностей, і це призвело до появи безлічі вдалих технологічних рішень. Нові технології поступово наближалися до природних технологій будівництва елементів біологічних систем. Тому в ході численних досліджень, спрямованих на вдосконалення нанотехнологій, найчастіше використовувалися біологічні об'єкти, такі як антитіла, ферменти, природні та штучні каталізатори, а також їх комбінації з неорганічними сполуками.
Як завжди, масована атака чергової проблеми професіоналами різних спеціальностей призвела до позитивних результатів. Методами молекулярної збірки речовини були отримані якісні об'ємні мікросхеми. Перші успішно працюючі зразки багатошарових мікросхем зробили реальною перспективу виробництва мікросхем необмежених розмірів (на практиці поки існували технологічні обмеження). Іншими словами в найближчому майбутньому очікувалося масове виробництво «комп'ютерного» речовини, на основі якого можна буде виготовляти процесори необхідної потужності. Як тут не згадати про сірій речовині людського мозку. Таким чином, виробництво об'ємних мікросхем методами молекулярного складання відкрило нову еру виробництва складно структурованих матеріалів із заданими властивостями.
Технологічні рішення, що використовуються при виробництві об'ємних мікросхем, а саме застосування каталітичних і абсорбційних матриць для створення матеріалів із заданими властивостями, почали широко застосовуватися в різних галузях промисловості. Сам термін «матеріали з заданими властивостями» був досить ємним за змістом. Він включав в себе як особливо чисті хімічні елементи та з'єднання, так і матеріали зі складною структурою, отримані на їх основі. Цим терміном визначалися також і функціональні органічні тканини, виробництво яких методами молекулярного складання було справою найближчих десятиліть. Різні комбінації вимог до матеріалів з заданими властивостями, визначали складність їх тривимірної структури, хімічний склад, чистоту використовуваних хімічних елементів і сполук, а також технологічні нюанси. На тлі безлічі подібних завдань виробництво «комп'ютерного» речовини не було особливо складним завданням, як не було і надмірно легкою. При виробництві цілого ряду матеріалів із заданими властивостями використовувалися більш складні технології, ніж при виробництві «комп'ютерного» речовини. І навпаки деякі матеріали із заданими властивостями, наприклад, ряд конструкційних матеріалів, могли бути отримані швидко і в промислових масштабах.
Найбільш пильну увагу було звернуто вченими і технологами на поліпшення і розробку нових керамічних матеріалів. Перспективним було як отримання чистих керамічних порошків для подальшого спікання, так і виробництво готових деталей і заготовок. Інтерес до кераміки був обумовлений великим розмаїттям керамічних матеріалів (металокераміка, шклокераміка, полімерна кераміка тощо), широким діапазоном їх хіміко-фізичних властивостей, і відповідно широкою сферою застосування. Одним з основних напрямків було виробництво керамічних провідників, які мають ефектом надпровідності при кімнатній температурі. Отримати такі властивості можна було за рахунок впорядкування внутрішньої структури керамічних матеріалів, введення додаткових розрахункових хімічних сполук, забезпечення особливої чистоти компонентів і т.п. Другим напрямком було виробництво керамік з заданими властивостями для застосування в якості конструкційних матеріалів в машинобудуванні, авіації, космічному машинобудуванні, військовій справі. Для цих галузей промисловості потрібна великий спектр керамічних матеріалів, що володіють різними поєднаннями фізико-механічних властивостей. До числа таких властивостей ставилися гранична жароміцність, зносостійкість, хімічна інертність, твердість, пластичність, довговічність і багато інших. Ще одним важливим споживачем, потребують спеціалізованих кераміках, була медицина. Саме для потреб охорони здоров'я необхідні були довговічні і біологічно інертні матеріали для імплантації, замінники зубів і кісток, а також конструкційні матеріали для штучних органів, сумісні з механічними та кібернетичними пристроями.
З особливою пристрастю, яке пояснювалося загрозою вичерпання не поновлюваних енергоресурсів, вченими багатьох країн розроблялися способи промислового отримання молекулярного водню. Найбільш перспективним здавався підхід, реалізований у природі як перша стадія фотосинтезу, тобто розкладання молекул води під дією сонячної дармовий енергії. Дуже багатообіцяючим на цьому шляху було створення штучних каталізаторів, здатних розщеплювати молекули води, використовуючи енергію навколишнього середовища. До кінця десятиліття дослідження ознаменувалися першими значними успіхами. Вивчення механізмів природних фотокаталітичних реакцій, більш відомих нам як реакції фотосинтезу, сприяло створенню десятка різних за будовою фотосенсибілізаторів - речовин повторюють першу стадію фотосинтезу, а саме здійснюють розкладання води на молекулярний водень і кисень. Застосування в лабораторних установках деяких з них дозволило здійснити фотокаталітичне розкладання води в умовах природного денного освітлення. Окремі зразки фотосенсибілізаторів мали високу стійкість та не вимагали оновлення протягом двох-трьох тижнів. Коефіцієнт корисної дії штучних фотокаталітичних систем розкладання води, пораховані як відношення теплоти згоряння отриманого водню до величини використаної сонячної енергії, в окремих випадках сягав п'ятнадцяти відсотків, що було дуже високим результатом, і дозволяло перейти до промислового отримання молекулярного водню.
Інтенсивно здійснювалася розробка поліпшених фотокаталізаторів, яка втілює у натуральному вигляді результати комп'ютерного моделювання та конструювання. Побудовані на розрахункових принципах, ці хімічні сполуки здійснювали розкладання води на основі не існуючих в природі фотохімічних реакцій. Створення ефективних штучних фотокаталізаторів для виробництва водню з води вимагало безлічі складних обчислень, і було досить трудомісткою справою. Наприкінці десятиліття відбувся якісний стрибок у технологіях комп'ютерного конструювання, що призвело до створення цілого сімейства ефективних фотокаталізаторів. Штучні хімічні сполуки представляли собою складні молекули з розвиненою просторовою структурою, які максимально ефективно здійснювали відрив атома водню від молекули води. Ефект відриву грунтувався на створенні навколо атома водню локального простору з розрахунковим розподілом електронної густини і на використанні енергії фотонів. Нові фотокаталізатори мали коефіцієнт корисної дії всього кілька відсотків, що було явно недостатньо, однак вони мали і істотні переваги, такі як інертність до більшості хімічних сполук, довговічність, можливість використання енергії низькоенергетичних фотонів (червоного світла). Подальше вдосконалення таких фотокаталізаторів мало хороші перспективи для виробництва промислових кількостей водню в холодну пору року, а також у ранкові та вечірні години, коли сонячне світло втрачає свою інтенсивність і високоенергетичну складову.
У результаті наукових і технічних досягнень останніх років сировинна база світової енергетики почала змінювати свою структуру і зміщуватися у бік використання молекулярного водню. Фотокаталітичний спосіб отримання молекулярного водню з води мав крім відомого екологічного переваги (продуктом горіння водню в кисні є вода) ще один важливий позитивний аспект. При використанні свежеполученний водневого пального сонячна енергія, збережена в молекулах водню, акумулювалася і виділялася в навколишнє середовище в реальному часі. Навпаки використання таких енергоресурсів як газ, нафта, вугілля, торф призводило до виділення в навколишнє середовище теплової енергії, акумульованої мільйони років тому, що порушувало сформований тепловий баланс планети. Таким чином, масове використання водню в енергетиці виключало додатковий нагрів навколишнього середовища, як це було у випадку використання природних енергоносіїв, і призводило лише до незначного перерозподілу сонячної енергії в просторі і часі.
Використання водню в енергетиці було в цілому виправдане з екологічної точки зору. Проте існували й деякі негативні моменти. Одним з них було неминуче забруднення атмосфери оксидами азоту, як наслідок застосування в якості окислювача не чистого кисню, а непідготовленого повітря. Для вирішення цієї проблеми потрібно розробити додаткові системи забезпечення водневих енергетичних установок очищеним киснем. У свою чергу це вимагало розробки нових і вдосконалення існуючих мембранних технологій.
Крім цього потрібно було розробити і створити безліч нових машин, механізмів і технологій, вирішити проблеми безпеки при зберіганні, транспортуванні та використанні водневого пального. Не можна сказати, що це були недосліджені теми та напрямки. Давно вже велися роботи з переведення транспорту, авіації, енергетики на водневе пальне. Поява можливості виробляти дешевий водень прискорило ці дослідження і роботи. У короткі терміни вченими були запропоновані декілька нових технологій зберігання водню. В якості базової була прийнята технологія зберігання водню в міжмолекулярних просторах хімічних сполук. Для цього використовувалися як природні цеоліти, піддані поліпшенню, так і нові пористі матеріали молекулярного складання. Дані матеріали були хімічно нейтральні по відношенню до водню і одночасно були посудиною, що перешкоджає мимовільному виходу легкого газу в навколишнє середовище. Також для зберігання водню у хімічно зв'язаному вигляді використовувалися сплави на основі лантану, титану, нікелю та інших металів.
Найбільш перспективним виявилося зберігання водню в нанотрубках з вуглецю, тривимірна структура яких була модифікована сполуками лантану, титану, нікелю та інших металів. Дана технологія дозволяла зберігати молекулярний водень під тиском усередині вуглецевих нанотрубок, що мають внутрішні розміри порівнянні з розмірами молекул водню. При цьому, гармонійно поєднувалася як механічне утримування молекул водню, так і хімічну їх зв'язування. Такий, не позбавлений оригінальності спосіб зберігання газів, дозволив акумулювати водень в спеціальних накопичувачах з щільністю, всього в сто разів меншої щільності газу в рідкій фазі. До того ж відносно нескладним опинився і спосіб вилучення газу з накопичувачів нового покоління, заснований на ультразвуковому або електромагнітній дії.
Паралельно відбувалося вдосконалення водневих паливних елементів, що перетворюють енергію горіння водню безпосередньо в електричну енергію. На ринку з'явилися зразки обладнання побутового застосування, що мають потужність близько двадцяти кіловат і коефіцієнтом корисної дії до вісімдесяти п'яти відсотків.
Так протягом всього одного десятиріччя людської історії виникли всі передумови для переведення світової енергетики на водневе пальне, а також для масового застосування водню в технологіях багатьох виробництв. Принципові труднощі отримання та зберігання вибухонебезпечного газу були подолані. Доопрацювання та вдосконалення фотокаталізаторів, обладнання та обслуговуючої інфраструктури зумовили швидке поліпшення екологічного стану планети, а також поліпшення умов існування земної цивілізації. А всім учасникам науково-технічного прогресу гарантувалася напружена і цікава робота.
Інтенсивно розвивалася робототехніка. Підвищений інтерес з боку громадськості до перших побутовим роботам сприяв притоку фінансових і кадрових ресурсів у робототехніку і суміжні галузі. Це призвело до швидкого вдосконаленню своєї продукції, в тому числі і побутових роботів. Технічна еволюція побутових роботів відбувалася у двох напрямах. Першим з них було створення ефективного і досконалого домашнього помічника, здатного виконувати різноманітні побутові функції. Зовнішній вигляд цих мобільних роботів визначався їх функціональним призначенням і міг приймати різні форми. Такі механічні помічники, оснащені потужним процесором і гнучким програмним забезпеченням, були здатні виконувати нескладну домашню роботу - пилососити підлоги і меблі, збирати розкидані речі, витирати пил, виносити до сміттєпроводу сміття, відкривати і закривати двері і вікна, контролювати безпеку всередині житла. Прабатьками таких універсальних домашніх помічників були класичні роботи - електромеханічні пристрої, призначені для виконання нескладних функцій (декількох операцій).
Прабатьком другого напрямку в розвитку побутових роботів були комп'ютери. Еволюція побутового комп'ютера призвела до появи робота-секретаря. Характерною особливістю робота-секретаря було те, що в процесі свого функціонування він не потребував виконавчих механізмах. Робот-секретар ніс в основному інтелектуальне навантаження щодо забезпечення потреб людини. Наприклад, вивчивши звички, смаки і переваги конкретної людини, він міг вибірково черпати з телебачення, комп'ютерних мереж, електронних бібліотек та інших джерел цікавить цієї людини інформацію, готувати її у вигляді звітів. Крім цього він міг відправляти й приймати пошту, спілкуватися по телефону, розмовляти з відвідувачами, грати з дітьми, здійснювали покупки, або здійснювати платежі. За зовнішнім виглядом це нерухоме пристрій нагадувало персональний комп'ютер, форма якого підбиралася відповідно до уподобань господаря. По суті, це був продукт еволюції традиційних комп'ютерів, оснащений численними датчиками і сполучений з безліччю інформаційних мереж.
В окремий напрямок виділилося виробництво мікророботів. Їх масове виробництво було орієнтоване на споживання різними галузями промисловості. Найдосконаліші і мініатюрні з мікророботів трудилися на ниві молекулярного складання матеріалів із заданими властивостями. Мікророботи більших розмірів використовувалися для контролю і ремонту трубопроводів і реакторів в енергетиці, хімічній і фармацевтичній промисловості. Були зроблені також перші досліди використання мікророботів в медицині для дослідження і хірургічного втручання в людський організм. Окремим напрямком була розробка і виробництво мініатюрних роботів для військових і спеціальних цілей. Тільки для виведення з ладу озброєння і бойової техніки супротивника були розроблені більш сорока різних типів мікророботів. У їх числі роботи з такими екзотичними функціями як екранування передавальних і прийомних антен, закупорка стволів гармат під час бою, створення хибних цілей, доставка каталізаторів корозію до прецизійним версій сайту бойової техніки супротивника і інші.