Kereső toggle

Kvantumugrás előtt a jövő

Akár sci-fi, akár nem

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

Ha a jelenlegi kutatások sikerrel járnak, akkor pár év alatt az emberi tudomány, a tudásipar újabb forradalmi változásokon megy át: a sci-fi-filmek elevenedhetnek meg. 



Klónozás ellen tüntető fiatalok Tony Blair-álarcban a nizzai csúcson. Nem kérnek a szép új világból Fotó: Reuters

Az orvostudomány jövőbeni lehetőségeit vázolva tudományos-fantasztikus regényekbe illő fogalmakkal és lehetőségekkel kell megismerkednünk: a legfőbb kutatási terület továbbra is a rák megállítása, valamint a vírusfertőzések megakadályozása, ezekhez azonban olyan eszköztár állhat 10-20 év múlva rendelkezésre, amely egy radikálisan más orvosi ellátásra adhat lehetőséget, mint a mai kezelési módok: az őssejt-biológia segítségével tetszés szerint lehetne a jövőben szerveket, bőrt, sejteket előállítani aszerint, hogy mire van szükség, így pótolni lehetne az elégett bőrt, az elhalt szívizmot, az elpusztult májsejteket. A nanotechnológia segítségével pedig olyan minirobotokat és gépeket lehetne készíteni, amelyek bejárják a testet rákos sejtek után kutatva, majd elpusztítják őket, illetve eljuttatják a gyógyszert azokra a helyekre, azokba a sejtekbe, ahol erre szükség van. 



Az átváltozás gyógymódja



Az őssejtek olyan speciális sejtek, amelyek a test legtöbb sejtjétől eltérően nem vesztették el az osztódásra való képességüket. Bizonyos típusaik - az embrionális őssejtek - bármilyen sejtté (pl. izomsejtekké, agysejtekké vagy májsejtekké) képesek alakulni, a felnőtt őssejtek átalakulóképessége ezzel szemben már jóval kisebb.

Kaliforniai tudósok ez év novemberében számoltak be a Nature Medicine cím? tudományos szaklap hasábjain arról a kísérletről, melynek során májkárosodott egerek csontvelőjéből kivett vérképző őssejteket az egerek májába injekciózva az őssejtek működő májsejtekké alakultak át, ami az egerek májának gyógyulásához vezetett. Szintén amerikai kollégáik pedig működő agysejteket hoztak létre csontvelői őssejtekből. Az NIH (National Institute of Health) kutatói olyan mutáns csontvelői őssejteket alkalmaztak a kísérletben, amelyek eredeti funkciójuktól eltérően nem alakultak vérsejtekké, hanem a kísérletben felhasznált egerek agyába vándoroltak, és idegsejtekké fejlődtek. Szintén a 2000-es év szenzációja volt az a kísérlet, melynek során egy olasz kutatócsoport patkányok, illetve emberek agyából kivett őssejteket formált izomsejtekké. Jelen pillanatban még nem ismert az a molekuláris mechanizmus, ahogyan az említett őssejtek átalakultak, de ezeknek a sejteknek az "átváltozóképessége" hatalmas lehetőségeket rejt magában: őssejtek segítségével működő szívizomsejteket lehetne létrehozni az elhalt szívizom helyett, így bizonyos szívbetegségek gyógyíthatóvá válnának. Agysejtek gyártásával gyógyíthatóvá válnának olyan betegségek, mint az Alzheimer-, illetve Parkinson-kór, ahol az idegsejtek elhalása okozza a problémát.

Az őssejtek átalakulóképessége felcsigázta a tudományos közösség érdeklődését, és ezzel kezdetét vette az etikai vita, amely folyamatosan a tudományos és nem tudományos lapok címlapjain szerepelt az elmúlt évben. A probléma ott kezdődik, hogy bár már a felnőtt őssejtek átalakulóképessége is leny?göző, az embrionális sejtek azonban nemcsak egyes típusú, hanem bármilyen sejtekké képesek fejlődni, ezért az átalakulás pontos mechanizmusának megismerése érdekében a kutatók szerint megkerülhetetlenek az emberi embrionális őssejteken végzett kísérletek. Ez pedig már nagyon komoly etikai kérdéseket vet fel: ahhoz, hogy emberi embrionális őssejteket izoláljanak, az adott embriót el kell pusztítani. Ugyanakkor komoly etikai problémákat vet fel az is, hogy az Egyesült Államokban és Nagy-Britanniában az utóbbi hetekben a parlament elfogadta az embriók tudományos célú klónozását. (Ez a gyakorlatban úgy valósul meg, hogy a klónozott embriók fejlődését a 14. nap után meg kell szakítani.)



Szemmel láthatatlan orvosi helikopterek 



Ha sikerül átlépnie a tudományos fantasztikum és a valóság közötti határvonalat, a nanotechnológia forradalmat hozhat létre nemcsak a technika, a számítógépek világában, hanem az orvostudomány területén is. A nanotechnológia alapötlete Richard P. Feynman Nobel-díjas fizikus nevéhez fűződik, aki az Amerikai Fizikai Társulat előtt elmondott híres, 1959-es beszédében kifejtette, hogy "nem mond ellent a fizika alapvető törvényeinek, hogy bármit is összeszereljünk atomról atomra." Feynman óta hatalmas pénzeket fordítanak - leginkább az Egyesült Államokban - a méternél milliárdszor kisebb alkatrészek, gépek, motorok készítésére. A 2000-es év a nanotechnológia területén is nagy előrelépést hozott: a Cornell Egyetem kutatóinak olyan nanohelikoptert sikerült előállítaniuk, amelynek nikkelből készült propellere másopercenként nyolcszor tud megfordulni, az ATPase nev? enzimből készített "motor" tengelye körül. A Carlo Montemagno és kollégái által készített nanohelikopter legfőbb érdeme a motor és a hozzávaló hajtóanyag megtalálása, mivel az ATPase enzimet a szervezet legáltalánosabb energiaforrása, az ATP molekula hajtja, ezáltal a helikopter alkalmas lehet gyógyszerek szállításában, megfigyelésben. 



A kvantumugrás papíron már létezik



Mai szemmel pesszimisztikusan látták a jövőt az első számítógép-generáció mérnökei. A Popular Mechanics nev? újság egyik 1949-ben megjelent száma a jövőt kutatva egy 1500 elektroncsőből álló, másfél tonnás szuperszámítógépet képzelt el: akkor persze még egyáltalán nem volt ismert a félvezető-technológia, az első integrált áramkörre pedig még további tíz évet kellett várni, amikor is a Texas Instruments és a későbbi Intel mérnökei egymástól függetlenül elkészítették az első chipet. Ezek után a fejlődés szinte töretlennek bizonyult, ez tűnt fel a szintén Intelnél dolgozó Gordon Moore-nak, aki megállapította, hogy az egy chipen elhelyezkedő tranzisztorok száma exponenciálisan nő az évek elteltével. A jelenlegi fejlődési ütemet figyelembe véve 2010-ben mindössze nyolc elektron fog be- vagy kikapcsolni egy transzisztort, a mai 1000-hez képest. Ezt a gondolatot továbbszőve 2020-ig véget ér a szilícium alapú számítógépek korszaka, mivel egy tranzisztor működtetéséhez minimum egy elektron szükséges. A továbblépéshez tehát új ötletekre, új technológiákra van szükség. Ezen a ponton siet a processzor-tervező mérnökök segítségére az atomok viselkedését leíró fizikai-matematikai absztrakció: a kvantummechanika. A hagyományos, vagyis a ma működő számítógépekben a számok tárolása hosszú, 0-ból és 1-ből álló számsorral történik, egy kvantumszámítógépben ezt egyetlen elektron állapotával, illetve ezt az állapotot leíró matematikai absztrakció segítségével meg lehet tenni. Ez a kvantumszámítógépek lehetőségeit a ma használatos gépekhez képest gigantikusra tágítja. A mai típusú számítógépek egy 100 számjegyből álló számot évmilliárdok alatt tudnak szorzófaktorokra bontani, Peter Shore algoritmusa segítségével azonban ugyanez a művelet körülbelül egy percet venne igénybe. Ez gyakorlatilag azt jelentené, hogy az új generációs gépek több milliószoros "munkasebbesség" és tárolóképesség-növekedést hoznának, ami az űrkutatástól kezdve a hadiiparig, a gyógyá-szattól kezdve az informatikáig mindent, akár gyökeresen is, megváltoztatna. A kvantumszámítógépeknek egy nagy problémájuk van: bár elméletileg szinte tökéletesen leírt már a működésük, jelenleg többnyire csak papíron léteznek.

Olvasson tovább: