Реферати українською » Наука и техника » Цивілізація богів. Прогноз розвитку науку й техніки в ХХІ сторіччі


Реферат Цивілізація богів. Прогноз розвитку науку й техніки в ХХІ сторіччі

Страница 1 из 7 | Следующая страница

Друге десятиліття (2010-2020 рр.)

Андрій Капаций

Розквіт порівняльної генетики людини. Удосконалення бази даних генетичних текстів людини. Вивчення механізмів формоутворення організму людини. Розуміння деяких причинно-наслідкових зв'язків, визначальних вплив генів на форму і навпаки. Завершення переважно зіставлення окремих генів та його груп, і кодованих ними ознак. Визначення просторової структури найважливіших білків людини в допомоги нових технологій. Труднощі і при співставленні 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 організму людини. Створення інтерактивною комп'ютерної моделі неспеціалізованій клітини людини. Початок теоретичних робіт з оптимізації організму людини. Перші оптимизированные сільськогосподарські рослини. Труднощі морального порядку під час створення оптимізовані тварин. Національні програми з оптимізації найважливіших сільськогосподарських рослин та тварин. Нова концепція харчування людини. Лікування більшості спадкових захворювань. Лікування багатьом формам раку. Широке використання класу ліків, нормализующих 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 деякими ділянками ДНК. Кошти цільової доставки препаратів генної терапії. Перспективи застосування технологій генного регулювання для організму людини. Застосування коштів генного регулювання для вирощування тканин та органів поза організмом людини. Використання у військових цілях знання генному регулюванні. Промислові селективні технології з урахуванням специфічних білків. Вилучення корисних компонентів з морської води. Розробка універсального програмного забезпечення до відома воєдино існуючих наукових баз даних. Виробництво суперкомп'ютерів потужністю 1 млн Терафлоп. Удосконалення систем комп'ютерної візуалізації. Єдині стандарти створення тривимірних зображень і комп'ютерних моделей. Прорив у сенсі процесів запам'ятовування і мислення у людському мозку. Нові способи введення інформацією мозок людини. Технології каталітичних і абсорбційних матриць. Одержання перших об'ємних мікросхем методами молекулярного складання. Виробництво різних матеріалів із наперед заданими властивостями. Одержання нових видів кераміки з поліпшеними властивостями. Розробка штучних фотокатализаторов щоб одержати молекулярного водню із води. Розпад води на водень і кисень низкоэнергетическими фотонами. Зміна структури сировинної бази світової енергетики. Труднощі під час використання водневого пального. Нові технології зберігання водню. Роботи – домашні помічники і секретарі. Виробництво микророботов.

Друге десятиліття ХХІ століття стало періодом бурхливого розвитку порівняльної генетики людини. На той час створено і постійно вдосконалювалися інтелектуальні автоматичні системи, що при незначному участі фахівців розшифровувати генетичні тексти геному людини. На початку десятиліття подібними дослідженнями займалися великі колективи генетиков-аналитиков, які нараховують у собі кілька сотень учасників. Розшифровка кожної нової геному вимагала істотних грошових витрат, участі безлічі фахівців, ретельнішого добору генетичного матеріалу і була недоступною переважної більшості населення планети. Разом про те, існував постійний попит на розшифровку власних генетичних текстів із боку осіб планети, бажаючих із цікавості чи через необхідність отримати докладну інформацію про власну генетичному будову. Наукова цінність такий інформації була на кілька нижче, ніж отримана вченими в планових дослідженнях і під час наукових програм. Причиною цього були обмеження етичного, юридичного і фінансового характеру, що накладалися на отримані дані про вимозі замовника досліджень. І все-таки отримана інформація істотно допомагала розвитку порівняльної генетики людини, сприяючи віднайденню нових узагальнень, взаємозв'язків і кореляцій.

На кінець десятиріччя процедура розшифровки індивідуального геному значно удешевилась і став доступною для середнього класу. Це завдяки появі повністю автоматичних систем розшифровки генетичних текстів, оснащених інтелектуальним програмним забезпеченням. Розшифровка геному людини перейшов у розряд звичайних медичними процедурами і досліджень. Багато великих містах планети з урахуванням існуючих центрів генетичних досліджень стали опинятися нові види послуг – часткова чи повне розшифрування індивідуального геному людини. Здешевлення генетичних досліджень привело відразу до кількох позитивним наслідків. По-перше, середній клас став масовим споживачем нових послуг, забезпечуючи цим фінансування нових напрямів в порівняльної генетиці людини. По-друге, вчені одержали до роботи постійний приплив додаткової і недорогий інформації. По-третє, якість цієї інформації було явно високим, оскільки розшифровуванням власного геному займалися або зі спадковими захворюваннями, або із видатними ознаками, як психологічними, і морфологічними. Необхідність і віра у свою винятковість, категорії настільки шановані людиною, стали тими чинниками, що забезпечували досить представницьку і цікаву вибірку індивідуальних генетичних текстів із загального генофонду людства.

Успішне застосування тих технологій розшифровки індивідуальних генетичних текстів на порядок денний питання загальної генетичної паспортизації людини. Але ця ідеї, що цілком могла здійснитися вже у недалекому майбутньому, були як прибічники, і противники. Основним аргументом перших була віра у те, що людині потрібно вказувати вірний життєвий шлях, виходячи з її генетичних передумов і ознак, навіть у примусовому порядку. Тому необхідний вільний доступом до повної спадкової інформації про людину. Геном людини, на думку, визначав спосіб життя індивідуума, вибір професійної роботи і захоплень, і навіть вибір партнера створення сім'ї і обзаведення нащадками. Противники ідеї загальної генетичної паспортизації згадали небезпеки дискримінації людини по генетичним ознаками, про свободу вибору життя, про тотальний контроль з людей тощо. Як завжди у цьому випадку суперечки то розгорялися, то загасали, а колесо прогресу продовжувало невблаганно котитися вперед.

Здешевлення генетичних досліджень призвела до того, що у розпорядженні вчених з'явилося багато нову інформацію. Поступающая інформація сприяла формуванню повної бази даних генетичних текстів людини. Аналіз узагальнених даних, отриманих з урахуванням розшифровки тисяч індивідуальних геномів, зокрема і геномів людських зародків, дозволив з великою точністю зіставити більшість генів і груп генів з морфологічними ознаками людини з функціями білків, що виробляють людини.

Вдалося також визначити групу про «архітектурних генів», відповідальних за тривимірні параметри організму людини (зовнішній вигляд, розмір, кількість і місцезнаходження органів). «Архітектурні гени» реалізовували закладену у яких «програму» на етапі формування з заплідненої клітини новонародженого організму, чи інші словами регламентували розвиток зародка. Основний функцією «архітектурних генів» було забезпечення правильної просторової організації підростаючого організму. Оскільки всі гени реалізують свої «програми» у вигляді синтезу білкових молекул, то паралельно з визначенням групи «архітектурних генів» також було визначено білки, щоб забезпечити просторову організацію що розвивається організму людини. З метою систематизації велика інформація було укладено маршрутні карти загального виду «ген – білок – ознака». Такі маршрутні карти містили опис механізмів їх реалізації ознак, і навіть опис відомих взаємозв'язків між генами, білками, і ознаками. Отже, було визначено укрупненная картина процесів, супроводжуючих зростання та розвитку організму людини, в усій своїй складності, включаючи схему підпорядкованості генів, тимчасові параметри роботи генів, взаємовідносини генів, білків і ознак між собою.

І хоча створення завершеною картини функціонування «архітектурних генів» вимагало істотних витрат часу й інтелектуальних титанічних зусиль, основні засади і механізми їхньої праці були вже зрозумілі. Група «архітектурних генів» налічувала зо шість тисяч генів, котрі у своїх різних комбінаціях кодували інформацію про "синтез кількох тисяч білків.

Також у основному було визначено група генів, відповідальних за процеси метаболізму, як у клітинному рівні, і лише на рівні тканин, окремих органів прокуратури та всього організму. Такі гени визначали у вигляді функціональних білків, зазвичай, одиничну біохімічну реакцію, або нескладну послідовність біохімічних реакцій. Маршрутные картки генів, визначальних процеси метаболізму, мали вигляд «ген – білок – біохімічна реакція». Подібних маршрутних карт було створено близько тридцяти тисяч, тоді як повний опис всіх істотних метаболічних реакцій організму людини вимагалося відстежити приблизно двісті тисяч біохімічних реакцій, що проводилися з участю сотень тисяч білків.

Вивчення цієї найбільш великої групи генів стикалося із труднощами. Сотні тисяч білків, які брали участь у метаболічних реакціях усередині різноманітних зі свого функціональному призначенню 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 руйнувань білка в живий організм, необхідність вести стеження поведінкою молекул у живої клітині. Малі розміри досліджуваних білкових молекул і сталий їх перебування серед інших молекул гальмували роботи з ідентифікації білків і зіставленню його з біохімічними реакціями. До того ж у живої клітині одні з білкових молекул були природними каталізаторами чи інгібіторами тих біохімічних реакцій, у яких не брали участь. Властивості, притаманні білком на живу клітині, значно відрізнялися від властивостей цього ж білка, визначених у лабораторних умовах. З цих причин в маршрутних картах «ген – білок – біохімічна реакція» залишалося багато недосліджених білих плям за позицією «білок» і ще більше в позиції «біохімічна реакція». Звісно ж, що цілком недослідженими залишалися питання білків і біохімічних реакцій, як між собою, і друг з одним.

Значно зменшилася група генів з неясними функціями проти рівнем знань десятирічної давності. Були виділено ділянки геному людини, які відповідали за обслуговування самої молекули ДНК, зокрема що у процесах розгортання і згортання молекули, службовці маркерами приєднання ферментів, виконують функції кількісного тимчасової обліку обслуговуючих молекулу ДНК процесів. Ще один група генів несла у собі інформацію, описує фундаментальні принципи функціонування всього геному, вже зафіксовану за іншими ділянках геному, але закодовану іншим розташуванням нуклеотидів. І так було виявлено резервне виклад фундаментальних принципів функціонування геному, записане іншими символами.

Після виділення основних груп генів і з'ясування своїх функцій залишилося ще достатньо генів у геномі не які стосуються кожній із перелічених вище груп. Це був старі відбраковані у процесі еволюції гени, які кодують застарілі ознаки, біохімічні реакції і різні команди, і інструкції. Ця нагромаджена за тисячоліття еволюції інформація була застарілою, і нині була незатребувана, проте еволюційні процеси не сприяли її знищення, а навпаки зберегли їх у незмінному вигляді. І це був безцінний матеріал для генного конструювання й оптимізації організму людини.

Слід зазначити, що наявні труднощі для дослідження структури білкових молекул були хоч і великі, але принципово переборні. Технічні досягнення сприяли створенню сучасного високоефективного інструментарію визначення просторової структури білкових молекул, як і нерухомому стані, і у процесі їхньої участі у біохімічних реакціях. Знання властивостей білкових молекул і детального розташування атомів у яких було надзвичайно важливим для генетики, біології, фармакології і багатьох інших наук. Тому будь-які досягнення у які забезпечують виробничих галузях, своїх наукових та технічних дисциплінах, негайно бралися на озброєння вченими, якщо їх використання дозволяло прискорити дослідження людського геному.

Використовуючи ультраяркие джерела рентгенівського випромінювання, вченим вдалося одержати великі серії знімків і зафіксувати кадр за кадром розвиток багатьох біохімічних реакцій. Цей метод досліджень грунтувався на ефект неоднакового поглинання рентгенівських променів хімічними елементами з різними атомним вагою, на технічної можливість створення ультраярких і сверхкоротких рентгенівських імпульсів, на використанні надпотужних комп'ютерів для розрахунків. Для уточнення даних паралельно працював і традиційний метод, заснований на аналізі інформації про розсіянні рентгенівських променів на білкової молекулі. І тут на суперкомп'ютерах оброблялася інформація про інтенсивності розсіювання, кутках розсіювання і зсуві фаз розсіяних променів.

У цей час почалося інтенсивне використання у біохімії та генетиці технологій, заснованих на виключно процесах розсіювання нейтронів на протонах. Ці технології ніби спеціально було створено на дослідження біологічних об'єктів, що мають у собі безліч атомів водню. Технології нейтронного розсіювання базувалася на фізичному ефект хорошого розсіювання нейтронів на протонах. Те, що біологічні об'єкти (структурні частини клітин, білкові молекули, ДНК та інші) були «перенасичені» воднем, дозволяло при вплив ними пучка нейтронів отримувати чіткі картини розподілу атомів водню у просторі. Прийнявши за точку відліку ці своєрідні маркери, можна було, у першому наближенні, будувати модель досліджуваної молекули, або структурної частини клітини. Наступне уточнення будівлі досліджуваного об'єкта проводилося з допомогою ультраярких джерел рентгенівського випромінювання, і навіть розрахунковими методами. Технологія розсіювання нейтронів на протонах дозволила вивчати будова білкових молекул з великим молекулярным вагою, і окремих внутрішньоклітинних структур.

Не залишилися залишиться осторонь і традиційні методи вивчення структури та будівлі білкових молекул, такі як криоэлектронная мікроскопія, кристалографія з атомним дозволом, ядерний магнітний резонанс та інші.

Застосування вченими сукупності відомих методів вивчення органічних сполук при дослідженнях структури та властивостей білкових молекул і творення механізмів реалізації біохімічних реакцій, перевели завдання, поставлених програмі «Білок людини», до розряду успішно розв'язуваних. Нагромадження повного обсягу інформації з цієї проблеми були лише питанням часу. Стартувавши минулого десятиліття глобальна дослідницька програма «Білок людини», що у якій взяли сотні наукових державні й приватні компаній, призвела до вражаючим практичним результатам.

Протягом часу реалізації програмних засобів було визначено полипептидная структура понад п'ятсот тисяч різних білків людини. Досконале програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання сприяло побудові достовірних моделей тривимірної структури білкових молекул, виходячи з їхньої двомірної полипептидной послідовності. Ситуація нагадувало ситуацію вже що була межі століть, коли за першої розшифровці геному людини накопичилися гігантські обсяги інформації, потребують систематизації, відомості на єдину загальну модель. І якщо систематизації розшифрованих послідовностей нуклеотидів організму людини і побудови єдиної моделі людського геному

Страница 1 из 7 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація