Цивілізація богів. Прогноз розвитку науки і техніки в 21-му столітті

Друге десятиліття (2010-2020 рр..)

Андрій Капацо

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 при 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 неспеціалізованої 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, 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 організму 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. Вдосконалення 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 молекулярної збірки. Виробництво різних матеріалів із заданими властивостями. Отримання нових видів кераміки з поліпшеними властивостями. Розробка штучних фотокаталізаторов для одержання молекулярного водню з води. Розкладання води на водень і кисень низькоенергетичне 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 в 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, які бажають з цікавості або за потребою отримати докладну інформацію про власному генетичному будові. Наукова цінність такої інформації була трохи нижче, ніж отримана вченими в планових дослідженнях при виконанні наукових програм. Причиною цього були обмеження етичного, юридичного і фінансового характеру, що 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 декількох позитивним 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 свідомо високим, оскільки розшифровкою власного геному займалися люди або з спадковими захворюваннями, або з видатними ознаками, як психологічними, так і морфологічними. Необхідність і віра в 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 противники. Основним аргументом першому була віра в те, що людині необхідно вказувати вірний життєвий шлях, виходячи з його генетичних передумов і ознак, навіть у примусовому порядку. А для цього необхідний вільний доступ до повної спадкової інформації про людину. Геном людини, на їхню думку, визначав спосіб життя індивіда, вибір професійної діяльності та захоплень, а також вибір партнера для створення сім'ї та обзаведення потомством. Противники ідеї загальної генетичної паспортизації говорили про небезпеку дискримінації людини за генетичними ознаками, про свободі вибору способу життя, про тотальний контроль над людьми і т.п. Як завжди в подібних випадках спори то розгорялися, то затухав, а колесо прогресу продовжувало невблаганно котитися вперед.

Здешевлення генетичних досліджень призвело до того, що в розпорядженні вчених з'явилася велика кількість нової інформації. Надходить інформація сприяла формуванню досить повної бази даних генетичних текстів людини. Аналіз узагальнених даних, отриманих на основі розшифровки декількох тисяч індивідуальних геномів, у 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 вид, 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 вигляду «ген - білок -- ознака ». Такі маршрутні карти містили опис механізмів реалізації ознак, а також опис відомих взаємозв'язків між генами, білками і ознаками. Таким чином, була визначена укрупнена картина процесів, супроводжуючих ріст і розвиток людського організму, в усій своїй складності, включаючи схему підпорядкованості генів, часові 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 в 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, 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 стикалася з серйозними труднощами. Сотні тисяч білків, які брали участь в метаболічних реакціях всередині 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 в клітині, швидкоплинність процесів синтезу та руйнування білка в живому організмі, необхідність вести спостереження за поведінкою молекул безпосередньо в живій клітині. Малі розміри досліджуваних білкових молекул і постійне їх знаходження серед тисяч інших молекул гальмували роботи з ідентифікації білків і співставлення 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 виявляються білком в живій клітині, значно відрізнялися від властивостей цього ж білка, визначених в лабораторних умовах. За цих причин у маршрутних картах «ген - білок - біохімічна реакція» залишалося багато недосліджених білих плям по позиції «білок» і ще більше в позиції «біохімічна реакція». Само собою зрозуміло, що абсолютно 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, в тому числі які беруть участь у процесах розгортання і згортання молекули, що служать 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 геному, 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 кожній з перерахованих вище груп. Це були старі відбраковані в процесі еволюції гени, що кодують застарілі ознаки, біохімічні реакції і просто різні команди та інструкції. Ця накопичена за тисячоліття еволюції інформація була застарілою і в даний час була незатребувана, однак 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 подоланні. Технічні досягнення сприяли створенню сучасного високоефективного інструментарію для визначення просторової структури білкових молекул, як у нерухомому стані, так і в процесі їх участі в 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 ультраяркіе 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 атомною вагою, на технічній можливості створення ультраяркіх 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 розсіянні рентгенівських променів на білкової молекули. У цьому випадку на суперкомп'ютерах оброблялася інформація про інтенсивність розсіяння, кутах розсіювання та про зрушення фаз розсіяних променів.

В цей же час почалося інтенсивне використання в біохімії та генетики 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 розсіювання нейтронів на протонах. Те, що біологічні об'єкти (структурні частини клітин, білкові молекули, ДНК та 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 ультраяркіх джерел рентгенівського випромінювання, а також розрахунковими методами. Технологія розсіювання нейтронів на протонах дозволила вивчати будову білкових молекул з великим 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 тільки питанням часу. Що стартує в минулому десятилітті глобальна дослідницька програма «Білок людини», участь у якій взяли сотні наукових державних і приватних компаній, призвела до вражаючих практичних результатів.

За час реалізації цієї програми була визначена Поліпептидна структура більше п'ятисот тисяч різних білків людини. Досконале програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання сприяло побудови 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 розшифровки 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 поліпептидних і просторову структуру близько півмільйона білків, що синтезуються в організмі людини. Однак до отримання завершеної 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, нагальною завданням ставало складання повних маршрутних карт «група генів -- білок - біохімічна реакція », для чого потрібно було визначити поєднання генів, які відповідають за синтез білкових молекул, загальна кількість яких наближалося до мільйона.

У той же час мільйон різних білків людського організму, кожен з яких здатен вступати в хімічні реакції з органічними та неорганічними сполуками, які в безлічі перебували в живій клітині, визначав астрономічні кількості потенційно можливих хімічних реакцій. Багато хто з них дійсно здійснювалися в 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 надскладній завданням. Це завдання необхідно було вирішувати негайно, оскільки без цих базових знань неможливо було визначити дійсну картину функціонування людського організму на всіх рівнях і, отже, рухатися вперед по шляху прогресу. Головну роль у складному і багатоаспектною процесі функціонування живого людського організму грав, безсумнівно, білок, як клас хімічних сполук. Тільки володіння повною інформацією про первинну і просторової структурі всіх білків, що входять до склад 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 потужність накопичених знань і умінь взявся за дозвіл чергового вузла проблем. Пізнання таємниці білка людського організму було багатоаспектною проблемою і вимагало паралельного рішення ще декількох трудомістких завдань. Одна з них - завдання зіставлення груп генів і кодованих ними білків успішно вирішувалася, і її виконання очікувалося в недалекому майбутньому. Інше завдання, яка 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 у відмінностях 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 здійснений багато разів, і кожного разу згортання білкової молекули відбувається однаковим чином. При згортання 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 нелегка справа і однозначно зрозуміти все це різноманіття, породжене Природою.

Для полегшення завдання визначення просторової структури білка і зменшення числа необхідних обчислень були розроблені та успішно застосовувалися кілька витончених методів і підходів.

Визначення просторової структури білка за його амінокислотної послідовності (лінійної структурі) успішно здійснювалося на основі аналізу наявної інформації про просторової структури білків, що володіють первинною структурою, схожою із структурою досліджуваного білка. За основу бралися добре вивчені білки. Їх відома просторова структура, використовувалася як перше 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 відомої первинної структури білка в певних умов. 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 структури 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 кожній білкової молекули активного комплексу, який бере участь в хімічних реакціях, дозволяло при математичному моделюванні враховувати близько десяти відсотків від усієї кількості атомів даної білкової молекули, що в тисячі разів зменшувало обсяг 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 та розрахунки з використанням генетичного і цитологічного матеріалу людини. Потрібно було просто звернутися до знань, отриманим при розшифровці геномів і вивченні білків мікроорганізмів, грибів, дріжджів і рослин. Зважаючи на 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 в 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 у організмі людини, що значно полегшувало наукові дослідження. Різноманіття живих істот на Землі і вражаюча пристосовність їх до різних умов існування давали добрі шанси на виявлення більшості спеціалізованих білків і ключових біохімічних реакцій у більш простих формах земного життя. Прикладом цього може служити той відомий факт, що ферменти людського організму, що 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-якої живої клітини. Теоретично, знаючи призначення будь-якої спеціалізованої клітини, зворотним рахунком можна визначити і ланцюжок біохімічних реакцій, що складають 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, напрацьовує 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, часто за специфічними замовлення та характеризували кілька десятків спеціалізованих клітин, що було значним кроком природничих наук вперед. Всі комп'ютерні моделі були неповними, проте, 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 неспеціалізованої клітини людини, як закономірного розвитку наявних напрацювань.

Повна комп'ютерна модель неспеціалізованої клітини людини повинна була об'єднати всі існуючі комп'ютерні моделі різних клітин, а також численні комп'ютерні моделі білків та інших клітинних складових. Цю велику роботу почав здійснювати міжнародний колектив вчених, 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 і рядові 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 вітала й заохочувала громадською думкою. Таким чином, у створенні комп'ютерної моделі клітини людини брали участь усі охочі, без будь-яких заборон або 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 загальнодоступною 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 неспеціалізованої людської клітини в кінці десятиліття відділилося кілька спрощених моделей, призначених для вирішення більш вузьких завдань. Біохіміки, наприклад, працювали з моделлю, яка представляла живу клітину як набір взаємозалежних хімічних реакцій. Цитологія отримала модель, в якій клітка була представлена як об'єкт зі стабільно повторюються функціями, виконання яких задавався клітинними компонентами. Генетиків цікавив механізм включення (активації) генів у процесі життєдіяльності клітини, вони розглядали модель живої клітини з точки зору черговості відпрацювання генами своїх програм.

Експерименти на живій клітині завжди були пов'язані з значними труднощами та незручностями, а часто були просто неефективні. Стійкі взаємозв'язку між клітинними компонентами та біохімічними реакціями, які потрібно було визначити в ході експериментів, у 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 живий клітини людини, була найскладнішою із завдань, які доводилося вирішувати людству за всю історію наукових досліджень. Точне знання (істина) про принципи і механізми функціонування та устаткування живої людської кл?? тки 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 що теоретичні уявлення про оптимізацію, поліпшення 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 погану сумісність є сусідами в клітині речовин і реакцій, що погіршувало функціонування клітини в процесі її життєдіяльності. Тому питання оптимізації метаболічних реакцій і конструювання покращених функціональних внутрішньоклітинних компонентів в найближчому майбутньому обіцяли стати вельми актуальними.

Початок десятиліття було відзначено значним зростанням прикладних досліджень з оптимізації значущих для людини сільськогосподарських культур. Методи «комп'ютерної селекції», засновані на повній інформації про генетичних 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 перспективні моделі. 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 та сільськогосподарських шкідників, а також самодостатність в 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, що склалася господарства багатьох країн, що розвиваються, експортерів продуктів рослинного походження.

До кінця десятиліття нові оптимізовані сорту 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, в складних випадках потрібно нескол