Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Для координации усилий мировой научной общественности по совершенствованию и пополнению базовой компьютерной модели был создан на территории объединенной Европы научный центр, в котором трудились сотни специалистов различного профиля из многих стран. К сожалению, созданная компьютерная модель не могла пока работать в интерактивном режиме, что затрудняло работу ученых по доводке гипотез и предположений в режиме реального времени. Ввод новых знаний в базу данных осуществлялся как автоматически в соответствии с алгоритмами программного обеспечения, так и непосредственно специалистами в случаях, не предусмотренных компьютерными программами. Все новые знания подвергались тщательному анализу на предмет состыковки с уже имеющимися данными. Процесс анализа новых данных осуществлялся специальной рабочей группой, состоявшей из представителей разных наук. Эта группа также производила необходимые корректировки компьютерной модели при поступлении новых данных, с периодичностью один раз в неделю, и чаще, в случае какого-либо серьезного прорыва на одном из научных участков.

Все научные учреждения мира имели равные права на пользование базовой компьютерной моделью метаболизма человеческого организма для решения собственных задач. Сверхмощные компьютеры и высокоскоростные информационные магистрали позволяли делать это быстро и из любой части мира. Специальная служба безопасности осуществляла контроль над чистотой экспериментов при использовании базовой компьютерной модели. Любые попытки разрабатывать на ней генетическое, цитологическое, биохимическое оружие пресекались на корню, как службой безопасности, так и встроенными охранными программами.

К концу десятилетия закончилась кропотливая работа по сопоставлению человеческих генов и групп генов кодируемым ими признакам, белкам и биохимическим реакциям. За время исследований при расшифровке и сопоставлении генов и кодируемых ими признаков, белков и биохимических реакций был использован обширный материал, насчитывающий более пятидесяти тысяч индивидуальных геномов. Генетический материал для исследований подбирался по критериям максимальной несхожести геномов между собой, поэтому исследовательские работы закончились получением достоверных результатов. При отборе геномов, которые должны были достоверно представлять весь генофонд человечества, учитывались генеалогические нюансы, место проживания, профессиональная деятельность, расовая принадлежность, возраст людей, предоставивших наследственный материал. Результаты компьютерного анализа наследственной информации позволили выделить группу генов, ответственных за наиболее удачные проявления признаков человеческого организма, которые легли в основу компьютерной модели эталонного генома человека. Эта модель вобрала в себя все «лучшие» гены, найденные за годы исследований индивидуальных геномов и имела огромное значение для будущего всего человечества. Например, ребенок, появившийся на свет с таким эталонным геномом, от рождения будет иметь преимущества перед другими детьми, никогда не будет болеть, и будет иметь резервы «мощности» всех систем организма, в несколько раз большие, чем среднестатистический человек. Реальное рождение человека, имеющего эталонный набор генов, явилось бы важным шагом на пути эволюции человека, новым этапом в развитии человечества, определенным не самой Природой, но подготовленным мощью человеческого разума.

Однако теоретическая возможность создания в недалеком будущем совершенного человека (на базе эталонного генома) особенно никого в мире не взволновала и не воодушевила. Данная тема была интересна и актуальна сегодня. Завтрашний день многие преимущества совершенного, эталонного человека делал несущественными. При всех своих замечательных физических и морфологических признаках человек с эталонным набором генов не являлся фактором, кардинально влияющим на эволюцию человеческого общества. Запрограммированный генетически срок человеческой жизни в 110-120 лет, мог стать реальностью уже сегодня, и достичь этого можно было относительно несложными медицинскими средствами и технологиями. Перспектива для своих детей иметь здоровые органы в пожилом возрасте не волновала всерьез сегодняшних родителей, которые жили в мире, где замена изношенных органов и тканей была повседневной реальностью. Понимание механизмов реализации генетических программ, которое навсегда убрало завесу тайны над волшебством преобразования двух слившихся воедино клеток в мыслящего индивидуума, сделало современного человека более уверенным в собственных силах.

Потенциал лучших наработок эволюции, реализуемый в геноме совершенного человека, хотя и был значительным, все же имел свой предел, не слишком превосходящий предел возможностей среднестатистического человека. Многие ученые, философы и просто мыслящие люди, считали, что использование в близком будущем естественных эталонных генов для выращивания нового поколения неоправданно, что задачи, которые ставит перед собой и решает цивилизация, должны быть масштабнее и сложнее. Не увеличение продолжительности жизни до 120-150 лет, а увеличение срока активного долголетия до 500-1000 лет, такая задача должна решаться уже сегодня. Не повышение резервов организма и ресурсов органов на тридцать- пятьдесят процентов, а создание новых органов и систем, обеспечивающих жизнедеятельность в широком диапазоне условий окружающей среды. Не повышение коэффициента полезного действия пищеварительной системы при переработке пищи, а использование других видов энергии, помимо энергии химических связей.

Одним словом, речь шла об улучшении человека, как вида не путем постепенных эволюционных преобразований, а путем активного использования знаний и передовых технологий. Сама возможность подобного варианта развития событий нашла во всем мире, как сторонников, так и противников. Дискуссии на эту тему стали неотъемлемым атрибутом общественных и научных форумов, а также предметом длительных обсуждений в политических и государственных институтах. Мировые религиозные организации также присоединились к дискуссиям о путях эволюции человека, и мнения их по этому поводу также разделились.

На фоне происходящих в мире дискуссий появление компьютерной модели эталонного генома человека не произвело заметного ажиотажа. Новая модель заняла подобающее ей место как составная часть базовой компьютерной модели метаболизма человеческого организма, наиболее полной и обширной из существующих моделей. Надлежащее место в базовой модели также заняли другие существующие компьютерные модели специализированных клеток человека, некоторых клеток животных, а также компьютерные модели функциональных тканей, органов, систем и подсистем человека.

К этому времени весь мир перешел на единые стандарты программного обеспечения для компьютерного моделирования. Это позволило без проблем состыковывать воедино разрозненные модели различной степени детализации, разрабатываемые в различных странах и ориентированные на использование специалистами различных направлений. Семейство компьютерных моделей животных и растительных клеток было представлено несколькими достаточно полными моделями, разработанными учеными США, Японии, Европы, Китая и России.

Наиболее полной и завершенной являлась разработанная в США компьютерная модель нервной клетки мозга человека. Уровень детализации компонентов и структурных составляющих нервной клетки в данной компьютерной модели был чрезвычайно высок. Все клеточные структуры и процессы в этой модели были разработаны с детализацией на уровне молекул, а наиболее ответственные и важные из них на уровне отдельных атомов. Высокий уровень изученности компонентов нервной клетки и хорошая детализация позволили реализовать в компьютерной модели опции интерактивности и автоматической настройки. После воздействия на модель возмущающего фактора, которым мог быть ввод новых данных либо проверка теоретических представлений, она переходила в новое, адекватное вмешательству, состояние. Например, после введения в компьютерную модель нервной клетки мозга человека виртуального химического соединения, можно было визуально получить ответ на вопрос: «Является ли данное химическое соединение нейтральным, улучшает или ухудшает процессы, происходящие во время передачи сигнала между нейронами?».

После ввода информации суперкомпьютер начинал расчет вариантов взаимодействия виртуального химического соединения со всеми способными к реакции химическими соединениями, принимающими участие в моделируемом процессе. При этом взаимодействие молекул и атомов химических соединений рассматривалось как взаимодействие поверхностей потенциальной энергии. Образующаяся при взаимодействии двух поверхностей потенциальной энергии новая интегральная поверхность задавала структуру всех возможных химических соединений, чье строение вписывалось в такую поверхность. Невозможность получения интегральной поверхности потенциальной энергии указывала на невозможность осуществления химической реакции между данными химическими соединениями. После определения потенциально возможных продуктов химических реакций, тут же автоматически отображаемых в виде распределенных в пространстве структур, которые могли образоваться при взаимодействии исследуемого химического соединения со всеми способными к реакции клеточными компонентами, процедура поиска ответа продолжалась. Такой перечень возможных продуктов химических реакций принято было называть перечнем первого рода.

Вновь образованные химические соединения также проверялись на предмет химического взаимодействия со всеми, имеющимися в оперативном пространстве химическими соединениями и способными к реакции клеточными компонентами и между собой. Итогом второго этапа компьютерного анализа являлся новый перечень потенциально возможных химических соединений, то есть перечень второго рода. В дальнейшем, в зависимости от принятой глубины исследования поставленной задачи, для нахождения ответа необходимой степени точности могли проводиться дополнительные этапы анализа.

Все случаи получения новых интегральных поверхностей потенциальной энергии (продукты химического реагирования исследуемых соединений) изучались на предмет их дальнейшего участия во всей цепочке метаболических реакций моделируемого процесса. В нашем примере ответом на поставленный вопрос являлось виртуальное изображение возможных реакций активных химических соединений и мембранных белков, контролирующих возбудимость нервной клетки и обеспечивающих генерацию и передачу нервных импульсов между нейронами. Анализируя последовательность таких изображений, легко сделать выводы о характере влияния исследуемого химического соединения на процессы, происходящие в момент передачи сигналов между нейронами.

Основанный на квантовой теории способ моделирования химических реакций, при котором анализу подвергались взаимоотношения между ядрами и электронами, являлся самым точным из используемых способов моделирования. Однако данный способ требовал использования компьютеров огромной мощности и применялся в особо ответственных случаях. Для этих целей, как правило, задействовались компьютерные ресурсы суммарной мощностью не менее десяти миллионов Терафлоп. При всей своей сложности задачи моделирования взаимодействия двух и более сложных химических соединений успешно решались на практике. В этом была заслуга не только разработчиков и производителей суперкомпьютеров. Количество операций в секунду, которое требовалось для расчета взаимодействия двух относительно простых белковых молекул, было астрономическим и не могло быть достигнуто в ближайшем будущем экстенсивным путем наращивания мощности суперкомпьютеров.

Основная заслуга в повышении эффективности суперкомпьютеров при решении задач повышенной сложности принадлежала разработчикам программного обеспечения. Именно совершенное программное обеспечение отсекало те сотни и тысячи миллиардов тупиковых вариантов и бесполезных операций, которые только занимали машинное время, и позволяло отделять в режиме реального времени зерна от плевел. При этом в технологиях компьютерного моделирования огромную роль играл опыт разработки прежних компьютерных моделей. Ничто существенное в мире программирования не пропадало бесследно, а служило дальнейшему прогрессу науки. К тому же при компьютерном моделировании взаимодействия разных химических соединений число комбинаций реагирующих веществ, было хотя и очень велико, но все же конечно. Количество потенциально полезных вариантов составляло весьма малую часть от всех теоретически возможных. При этом особое значение имело создание базы данных, содержащей информацию о свойствах важнейших для человечества химических и биохимических соединений, отображенных в универсальном виде, подходящем для использования в технологиях компьютерного моделирования. На практике это означало, что плановый перевод свойств химических соединений в электронную форму, который значительно ускорит и облегчит процессы разнообразного компьютерного моделирования, становился одной из главных точек приложения усилий ученых различных специальностей.

Сотни научных учреждений химического и физического профиля во всем мире начали планово заниматься расчетом поверхностей потенциальной энергии химических и биохимических соединений, а также взаимодействием уже рассчитанных поверхностей потенциальной энергии между собой. Шаг за шагом древние науки химия и биология совместно с новейшей наукой генетикой все больше свои натурные исследования и эксперименты смещали в область компьютерного моделирования и конструирования. Ожидалось, что именно универсальные методы компьютерного моделирования свойств и строения вещества в ближайшем будущем объединят в единую интегральную науку сегодняшние химию, генетику и биологию.

К средине третьего десятилетия впечатляющего уровня развития достигла генная инженерия, особенно в области конструирования новых генов, не существующих в земной биосфере. В своей работе генные инженеры руководствовались традиционным подходом использования генов и целостных генетических структур растительных и животных организмов для генетической модификации другого организма. Если объяснить эти технологии максимально упрощенно, можно было сказать, что человек пытался перетасовывать гены, взятые из генофонда земной биосферы по-своему, для получения желаемого результата. На практике этот процесс не происходил случайным образом, наоборот он осуществлялся под строжайшим контролем, с существенными ограничениями, налагаемыми на цели и способы исполнения. Отрасли промышленности, основанные на достижениях генной инженерии, уверенно занимали четвертое месте в мире по объему производимых товаров. Их опережали только энергетика, добывающая промышленность и производство компьютеров и программного обеспечения.

За неполных пятьдесят лет, прошедших с момента становления генной инженерии как прикладной науки, ее результаты значительно повлияли на развитие сельского хозяйства, медицины, химической промышленности, энергетики, экологии и другие области человеческой деятельности. Например, оптимизированные сельскохозяйственные растения, которые в последние годы получили распространение во всем мире, имели урожайность в среднем в три раза выше самых лучших традиционных сортов. Такие растения обладали наследуемыми устойчивыми признаками и не подвергались самопроизвольным мутациям. По сути, на практике были реализованы преимущества эталонных растительных организмов, важнейших для человека видов. Дальнейшее улучшение полезных признаков у эталонных растений также осуществлялось методами генной инженерии, путем внедрения в эталонный наследственный материал генов, взятых от других растений. Подобные улучшенные сорта, сохранив высокую урожайность, приобретали новые полезные качества. Самыми существенными из них являлись устойчивость к засухе и заморозкам, способность самостоятельно бороться с различными вредителями, малая потребность в минеральных удобрениях, возможность выращивания на одном растении нескольких полезных продуктов, неприхотливость к выполнению правил агрокультуры, быстрый распад растительных тканей после сбора урожая.

Столь существенные достижения привели к распространению по всей планете высокоурожайных и устойчивых сортов полезных растений, что в принципе ликвидировало угрозу голода для населения развивающихся стран. Негативным следствием этого процесса стало то, что без работы и доходов осталось множество фермеров в таких странах как США, Канада и страны объединенной Европы. С прогрессом бесполезно бороться, его невозможно остановить, поэтому многочисленные попытки возмущенных фермеров ограничить распространение новых сортов смогли лишь ненадолго отодвинуть процесс банкротства фермерских хозяйств во всех странах мира.

Достижения генной инженерии в животноводстве были впечатляющими, хотя и не столь революционными, как в случае с сельскохозяйственными растениями. Далеко не для всех видов полезных животных был к этому времени определен эталонный геном. Улучшение многих видов сельскохозяйственных животных осуществлялось путем внедрения в их наследственный материал хорошо изученных генов других организмов, с последующим наследованием полезных признаков. Большое количество ошибок и неудачных опытов существенно сдерживали быстрое продвижение в этом направлении. Общественное мнение, настороженно наблюдая за трансгенными операциями на животных, с ужасом представляло применение подобных технологий для создания мутантов-людей, так что ученые, работающие в данном направлении, отнюдь не продвигались на зеленый свет. Однако же, даже осторожные эксперименты, учитывающие возможное общественное недовольство, привели к появлению улучшенных видов сельскохозяйственных животных, с показателями в два раза лучшими, чем у традиционных видов животных в начале века. Такие улучшенные животные нуждались в меньшем количестве пищи, значительно реже болели, давали высокие привесы, приросты и надои, быстрее росли. К тому же они были похожими на тех домашних животных, которых мы и наши предки видели последние несколько тысяч лет. Этот фактор являлся очень важным и благоприятным для дальнейшего применения генной инженерии в животноводстве, поскольку появление животных непривычного внешнего вида привело бы к возмущениям общественного мнения.

Достижения генной инженерии в совокупности с технологиями компьютерного конструирования веществ с заданными свойствами совершили переворот в фармацевтике. За прошедшие годы нового века мировая лекарственная база претерпела фундаментальные изменения. Около девяноста процентов применявшихся в начале века лекарственных препаратов были заменены более эффективными, более естественными для человеческого организма лекарствами, не имеющими побочных эффектов. Большая часть этих новых лекарственных препаратов синтезировалась не прежними методами в лабораторных и промышленных реакторах, а в живых биологических реакторах. В качестве таких биологических реакторов для производства медицинских препаратов, особенно белков, гормонов, ферментов и многих других веществ, использовались трансгенные животные и растения. Необходимые для людей лекарственные препараты являлись теперь продуктами жизнедеятельности трансгенных животных и растений, либо продуктами дальнейшей переработки сырья, получаемого из них. Не остались в стороне и традиционно используемые в фармацевтике микроорганизмы. Сотни видов трансгенных микроорганизмов, дрожжей, грибов трудились на благо человека в фармацевтических и производящих продукты питания компаниях. Во многих случаях конкретный штамм микроорганизмов в процессе жизнедеятельности продуцировал готовые лекарственные препараты, которые после доочистки и стерилизации можно было использовать непосредственно для лечения и профилактики болезней.

Количество видов трансгенных млекопитающих, задействованных в производстве фармацевтического сырья и препаратов, было велико. С их помощью производилась значительная часть современных лекарственных препаратов. Однако биологический синтез многих лекарственных препаратов не мог быть осуществлен в биологических реакторах, в качестве которых выступали трансгенные млекопитающие. Необходимые для медицины и фармацевтики биологические яды и токсины приходилось получать, используя в качестве биологических реакторов экзотические виды змей, рыб, моллюсков и других видов животных. Достойное место в ряду продуцентов лекарственных препаратов заняли также улучшенные виды насекомых.

Что касается химической промышленности, то за последние годы было разработано около десятка эффективных технологий получения химических продуктов на основе низкоэнергетических биокаталитических реакций. Новые технологии работали в условиях реальных земных температур и давлений с минимальным расходованием энергоресурсов. Достижением генной инженерии являлось то, что биологические катализаторы, применяемые в этих технологиях, вырабатывались трансгенными микроорганизмами, дрожжами, грибами, морскими организмами в промышленных количествах. Новые технологии способствовали дроблению огромных, угнетающих природу химических предприятий, на небольшие, дружественные окружающей среде производства, использующие биологические катализаторы.

На энергетику со стороны генетики также было оказано существенное влияние. Созданные методами генной инженерии микроорганизмы, способные осуществлять биокаталитическое разложение воды позволили начать производство молекулярного водорода для потребностей промышленности и быта. Водородная энергетика, вооруженная экологически чистым способом добычи основного сырья, уверенно начала теснить традиционную энергетику, основанную на сжигании природных невозобновляемых ресурсов. Еще одним фактором влияния на энергетику стало использование искусственных микроорганизмов для разработки обедненных и труднодоступных месторождений нефти, угля и сланцев, путем биологического извлечения из них горючих газов.

В вопросах экологии и защиты окружающей среды достижения генной инженерии также привели к значительному прогрессу. Если говорить обобщенно, то любое использование наработок этой прикладной науки сопровождалось снижением экологической нагрузки на планету. В основном благодаря массовому применению биотехнологий в химической и фармацевтической отраслях промышленности, впервые за последние два века показатели давления цивилизации на окружающую среду стабилизировались, а по некоторым позициям снизились, несмотря на увеличение населения планеты и увеличение потребностей человечества. Иными словами, наметилась стойкая тенденция излечения планеты Земля от хронического заболевания, носящего название экологическое загрязнение.

Биотехнологии, уверенно взяв старт, начали исполнять свое основное предназначение по переводу обслуживающих цивилизацию производств и технологий на безотходную основу. Идеальным конечным результатом этого процесса в близком будущем виделась замена всех существующих технологий на биологические технологии. Конечно, возможность полного перевода на биотехнологии всего мирового хозяйства казалась нереальной, однако практика их применения часто опережала самые смелые фантазии. Такие отрасли промышленности, как металлургия черных и цветных металлов, производство строительных материалов, добыча полезных ископаемых, традиционная энергетика, производство станков и оборудования, на первый взгляд имели весьма отдаленное отношение к биотехнологиям. Но при более пристальном рассмотрении становилось ясным, что добыча полезных ископаемых, извлечение чистых металлов ни что иное, как типичная функция трансгенных микроорганизмов, уже практически реализуемая в некоторых процессах извлечения полезных ископаемых. Производство экологически чистых строительных материалов может осуществляться, как микроорганизмами, так и искусственными организмами более высокой степени организации. Что касается перспектив применения биотехнологий в энергетике, то к этому времени уже были получены обнадеживающие результаты исследований, направленных на создание модифицированных трансгенных микроорганизмов и генерирующих биологических тканей, использующих энергию фотосинтеза, хемосинтеза и тепла окружающей среды для непосредственного производства биологического электричества.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: профессиональные рефераты, антикризисное управление предприятием.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата