В конце февраля 2002 г. появилось сообщение, что фирма Olympus Optical претендует на первенство в создании коммерческой версии ДНК-компьютера, предназначенного для генетического анализа. Машина была создана в сотрудничестве с доцентом Токийского университета Акирой Тояма.
Компьютер, построенный Olympus Optical, имеет молекулярную и электронную составляющие. Первая осуществляет химические реакции между молекулами ДНК, обеспечивает поиск и выделение результата вычислений. Вторая - обрабатывает информацию и анализирует полученные результаты.
Анализ генов обычно выполняется вручную и требует много времени: при этом формируются многочисленные фрагменты ДНК и контролируется ход химических реакций. “Когда ДНК-компьютинг будет использоваться для генетического анализа, задачи, которые ранее выполнялись в течение трех дней, можно будет решать за шесть часов”, - сказал сотрудник Olympus Optical Сатоши Икута.
В компании надеются поставить технологию генетического анализа на основе ДНК-компьютера на коммерческую основу. Она найдет применение в медицине и фармации. Ученые планируют внедрять молекулярные наноустройства в тело человека для мониторинга состояния его здоровья и синтеза необходимых лекарств.
Возможностями биокомпьютеров заинтересовались и военные. Американское агентство по исследованиям в области обороны DARPA выполняет проект, получивший название Bio-Comp (Biological Computations, биологические вычисления). Его цель - создание мощных вычислительных систем на основе ДНК. Попутно исследователи надеются научиться управлять процессами взаимодействия белков и генов. Для этого планируется создать мощный симулятор Bio-SPICE, способный средствами машинной графики визуализировать биомолекулярные процессы. Bio-SPICE планируется развивать на принципах открытых исходников (open source). Программа рассчитана на пять лет.
Еще одним интересным направлением является создание клеточных компьютеров. Для этой цели идеально подошли бы бактерии, если бы в их геном удалось включить некую логическую схему, которая могла бы активизироваться в присутствии определенного вещества. Такие компьютеры очень дешевы в производстве. Им не нужна столь стерильная атмосфера, как при производстве полупроводников. И единожды запрограммировав клетку, можно легко и быстро вырастить тысячи клеток с такой же программой.
В 2001 г. американские ученые создали трансгенные микроорганизмы (т. е. микроорганизмы с искусственно измененными генами), клетки которых могут выполнять логические операции И и ИЛИ.
Специалисты лаборатории Оук-Ридж, штат Теннесси, использовали способность генов синтезировать тот или иной белок под воздействием определенной группы химических раздражителей. Ученые изменили генетический код бактерий Pseudomonas putida таким образом, что их клетки обрели способность выполнять простые логические операции. Например, при выполнении операции И в клетку подаются два вещества (по сути - входные операнды), под влиянием которых ген вырабатывает определенный белок. Теперь ученые пытаются создать на базе этих клеток более сложные логические элементы, а также подумывают о возможности создания клетки, выполняющей параллельно несколько логических операций.
Потенциал биокомпьютеров очень велик. По сравнению с обычными вычислительными устройствами они имеют ряд уникальных особенностей. Во-первых, они используют не бинарный, а тернарный код (так как информация в них кодируется тройками нуклеотидов). Во-вторых, поскольку вычисления производятся путем одновременного вступления в реакцию триллионов молекул ДНК, они могут выполнять до 1014 операций в секунду (правда, извлечение результатов вычислений предусматривает несколько этапов очень тщательного биохимического анализа и осуществляется гораздо медленнее). В-третьих, вычислительные устройства на основе ДНК хранят данные с плотностью, в триллионы раз превышающей показатели оптических дисков. И наконец, ДНК-компьютеры имеют исключительно низкое энергопотребление.
Однако в разработке биокомпьютеров ученые столкнулись с целым рядом серьезных проблем. Первая связана со считыванием результата - современные способы секвенирования (определения кодирующей последовательности) не совершенны: нельзя за один раз секвенировать цепочки длиной хотя бы в несколько тысяч оснований. Кроме того, это весьма дорогостоящая, сложная и трудоемкая операция.
Вторая проблема - ошибки в вычислениях. Для биологов точность в 1% при синтезе и секвенировании оснований считается очень хорошей. Для ИТ она неприемлема: решения задачи могут потеряться, когда молекулы просто прилипают к стенкам сосудов; нет гарантий, что не возникнут точечные мутации в ДНК, и т. п. И еще - ДНК с течением времени распадаются, и результаты вычислений исчезают на глазах! А клеточные компьютеры работают медленно, и их легко “сбить с толку”. Со всеми этими проблемами ученые активно борются. Насколько успешно - покажет время.
Биокомпьютеры не рассчитаны на широкие массы пользователей. Но ученыенадеются, что они найдут свое место в медицине и фармации. Глава израильской исследовательской группы профессор Эхуд Шапиро уверен, что в перспективе ДНК-наномашины смогут взаимодействовать с клетками человека, осуществлять наблюдение за потенциальными болезнетворными изменениями и синтезировать лекарства для борьбы с ними.
Наконец, с помощью клеточных компьютеров станет возможным объединение информационных и биотехнологий. Например, они смогут управлять химическим заводом, регулировать биологические процессы внутри человеческого организма, производить гормоны и лекарственные вещества и доставлять к определенному органу необходимую дозу лекарств.
У наших поколений препятствий на пути освоения знания, накопленных человечеством, за всю свою историю является мертвое слово и буква.
Все мысли записаны в книгах с помощью слов. На запись этих мыслей и их чтение уходит масса времени, которым мы не располагаем. Клад мыслей прошлого остается лежать невостребованным в национальных библиотеках.
Компьютерная техника человеку помогает решить только ряд задач: упрощение формирования и редактирования текстов, хранения знаний – как в библиотеке, ускоряет поиск необходимых знаний, упрощая функции библиотекаря, выполнение трудоемких расчетов, по разработанным человеком методикам, обработку больших массивов статистических материалов и тому подобное. Однако вся информация выводится и выводиться с помощью тех же мертвых слов.
Для пользования информацией, обрабатываемой компьютером, человек все равно должен ввести исходную информацию в компьютер, это делает один – автор, вывести, это делает другой – пользователь. Между пользователем и компьютером есть еще посредники: постановщики задач, системные и прикладные программисты, администраторы информационных баз.
Интернет, на который возлагаются большие надежды, фактически представляет собой огромную межнациональную библиотеку, в которую можно обратиться не выходя из дома или офиса.
Однако мы скоро столкнемся с огромными трудностями в организации его работы. Можно хорошо организовать хранение и поиск книг в маленькой библиотеке, но большая библиотека нуждается уже в сложной системе отбора, классификации, накопления, хранения, поиска, доставки по возвращения книги на свое место.
В книгоиздании каждой книге присваивается код, фактически тех знаний, которые изложены в ней, что значительно облегчает поиск пользователя. Библиотеки на входе осуществляют тщательный отбор книг, тем самым ограждая нас от низкопробной непрофессиональной, известной информации.
В интернете этот предварительный отбор отсутствует, поэтому его пространство может наполняться любой информацией, которую хочет ввести ее владелец, а главное, отсутствует строгая классификация этой информации. Автор напечатанной книги несет ответственность за ее содержание, не зря говорят: "что написано пером, то не вырубишь топором". На книги могут быть ссылки других авторов. Ответственность за информацию, занесенную в Интернет, не определена, а часто даже невозможно определить автора информации.
Итак, компьютерные системы не решают главной проблемы для человека, освоить накопленный опыт за многовековую историю человечества, ибо для записи мысли использована всё та же мертвая буква.
Принципиальное отличие биокомпьютера – живого компьютера – заключается в том, что информация там наполняется, храниться и выдается в мыслеобразах. А потому он и обрабатывает, формирует и генерирует мысли, точно так же как это делает человек.
В человеке есть две сущности, которые оперируют знаниями – ум и разум. Наши предки понимали и знали, что это разные сущности, но неразрывно связанные и взаимодействующие друг с другом. Поэтому они говорили: "у этого человека нет ни ума, ни разума, а у этого ум за разум зашел", то есть нарушена связь ума с разумом. Также не без оснований одних людей называли умными, а других разумными.
Ум оперирует словами, которые человек произносит, записывает и читает, поэтому в помощь себе ум и изготавливает технические средства, которые помогают ему выкроить время, чтобы больше прочитать и написать в более концентрированном виде, то есть больше накопить знаний.
Ум, как писал В.И.Даль: "это общее название познавательной и заключительной способности человека, способности мыслить, это есть прикладная обиходная, часть этой способности, низшая ступень".
Мы постоянно говорим о том, что человек умеет, то есть ум имеет. А умеем мы: говорить, писать, читать, считать, строить, собирать, чинить, ломать, убивать, сеять, пахать, жать, петь, танцевать и так далее, но это всё относится к деяниям в материальном мире, то есть ум управляет материальной сущностью человека и реализует его деятельность. В то же время мы не говорим, что человек умеет хорошо плакать, ликовать, ругаться, мыслить, страдать, ибо эти деяния человек осуществляет уже в духовном мире и реализует то, что ум уже не может.