Inżynieria idealnego astronauty

W filmie Gattaca, aktor Ethan Hawke zagrał genetycznego inwalida, który ma nadzieję podróżować w kosmosie wbrew przeciwnościom losu.

Na Międzynarodowym Kongresie Astronautycznym we wrześniu ubiegłego roku, w Guadalajara w Meksyku, Elon Musk przekonał wielu zagorzałych inżynierów kosmicznych, że mógłby sprowadzić na Marsa flotę prywatnych rakiet wypełnionych tysiącami ludzi.

Piżmo przemówienie długo na orbitach, planach lotu i kosztach paliwa. Ale nie wiadomo, jak przeżyje którykolwiek z tych kolonistów. W rzeczywistości podróż na Marsa prawdopodobnie byłaby ślepym zaułkiem. Skąpana w promieniowaniu i na której nic nie rośnie, Czerwona Planeta jest w zasadzie cmentarzem.

Niedawno kilku naukowców zaczęło zastanawiać się, czy moglibyśmy zrobić coś więcej, jeśli stworzymy nowe typy ludzi, lepiej przystosowanych do trudów podróży kosmicznych. Zgadza się: genetycznie zmodyfikowani astronauci.

Powiedzmy sobie jasno. Nikt nie próbuje hodować astronauty gdzieś w bulgoczącej kadzi. Ale niektóre dalekosiężne pomysły zostały kiedyś zepchnięte do science fiction i TED Talks ( tutaj oraz tutaj ) zaczęły ostatnio przybierać konkretną formę. Eksperymenty zaczęły zmieniać ludzkie komórki w laboratorium. Czy mogą być odporne na promieniowanie? Czy można je przestawić, aby wyprodukować własne witaminy i aminokwasy?

Jedną osobą, która przygląda się temu pomysłowi, jest Christopher Mason, członek Wydziału Fizjologii i Biofizyki w Weill Cornell Medicine. W 2011 roku Mason wymyślił coś, co nazwał 500-letni plan by wydostać ludzi z Ziemi. W nim dużą rolę odgrywa modyfikacja genetyczna. Myślę, że musimy to rozważyć dla ludzi, których wysyłamy na inne planety, mówi. Nie wiemy, czy to drobny impuls do istniejącej ekspresji genów, czy całkiem nowy chromosom, czy wreszcie całkowite przepisanie kodu genetycznego.

Mason mówi, że pozostało jeszcze dekadę lub dwie pracy, aby dowiedzieć się, jaki wpływ mają podróże kosmiczne na twoje geny i które z nich można zmienić, a które powinny znaleźć się na liście „Nie przeszkadzać”. Jego laboratorium bierze udział w NASA’s Twins Study, które śledzi zmiany fizjologiczne u astronauty, który został wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną na rok, podczas gdy jego brat bliźniak przebywał na Ziemi. Jak dotąd jest to mniej więcej tak blisko, jak NASA zbliżyła się do tematu astronautów GM – takiego, który wciąż nie został poruszony w żadnym oficjalnym dokumencie agencji.

Jednak Mason twierdzi, że jego laboratorium jest gotowe do podjęcia pierwszego kroku. Kosmos jest pełen promieni i szybko poruszających się cząsteczek, które uszkadzają DNA. Więc pracuje nad komórkami ludzkimi odpornymi na promieniowanie. Jego uczniowie pobierają komórki i dodają dodatkowe kopie p53, genu zaangażowanego w zapobieganie nowotworom, znanego jako obrońca genomu. Słonie mają wiele dodatkowych kopii p53 i prawie nigdy nie chorują na raka, więc może astronauci też powinni je mieć. Mason mówi, że niedawno złożył NASA propozycję wysłania zmodyfikowanych komórek na stację kosmiczną. Nie ma konsorcjum astronautów inżynierii genetycznej ani nic takiego, ale może powinniśmy je założyć, mówi.

Gattaca

Wszystko to stało się łatwiejsze do myślenia, ponieważ stało się łatwiejsze do zrobienia. W 2015 roku opublikowaliśmy artykuł Engineering the Perfect Baby o tym, że edycja genów, zwłaszcza za pomocą technologii zwanej CRISPR, nagle umożliwiła łatwą zmianę genów w ludzkim embrionie. Po raz pierwszy stanęliśmy przed realną możliwością genetycznie zmodyfikowanych ludzi.

Od tego czasu naukowcy z Chin i Europy rozpoczęli edycję embrionów, aby zobaczyć, jak to działa. Czy byłoby to etyczne, aby faktycznie stworzyć dziecko z nastawionym genetycznie? Amerykańska Narodowa Akademia Nauk powiedziała w tym roku, że tak, dziedziczne zmiany genetyczne można rozważyć w celu uniknięcia choroby, ale tylko w kilku sytuacjach i pod bardzo ścisłym nadzorem. Organizacja wyraziła opinię, że w pewnych rzadkich okolicznościach, w których para nie mogłaby mieć zdrowego dziecka, dopuszczalne byłoby stworzenie człowieka GM.

Mason uważa, że ​​podróże kosmiczne będą stanowić drugi, bardzo mocny argument na rzecz genetycznie modyfikowania ludzi. Nie możesz wysłać kogoś na inną planetę bez genetycznej ochrony, jeśli możesz, mówi. Byłoby to również nieetyczne.

Ale umieszczenie astronautów w miksie może również otworzyć drzwi do poprawy. Na razie eksperci są zdecydowanie przeciwni użyciu edycji genów, aby dziecko było mądrzejsze lub obdarzone doskonałym wzrokiem. Ale spójrzmy prawdzie w oczy: NASA już selekcjonuje ludzi według właśnie takich kryteriów, akceptując tylko 14 z 18 300 kandydatów do swojej najnowszej klasy astronautów. Może widziałeś ten film Gattaca ? Na Tytana mogą podróżować tylko supermeni z naładowanymi genomami, podczas gdy genetyczni przegrani, zwani inwalidami, patrzą z zazdrością, gdy rakiety wznoszą się w górę. Jak większość dobrego science fiction, film z 1997 roku nie jest tak daleki od rzeczywistości.

Genetyczna lista życzeń

Aby pomyśleć o przetrwaniu w kosmosie, przyda się termin z genetyki — fitness. Nie oznacza to, że spędziłeś godzinę na bieżni w Equinox. W genetyce sprawność organizmu to to, jak dobrze może się on rozwijać i rozmnażać w danym środowisku.

Sprawność człowieka w kosmosie lub na Marsie jest niezwykle niska. Wyobraź sobie astronautę zamkniętego w skafandrze kosmicznym z odpowiednią ilością tlenu, odpowiednią ilością azotu i odpowiednią temperaturą. Celem tego skafandra jest zapewnienie środowiska, do którego geny astronauty sprawiają, że jest on dopasowany.

Niektórzy naukowcy przygotowali już katalog genów, które mogą pomóc. Bostońska firma Veritas Genetics oferuje sekwencjonowanie genomu każdego za 999 USD. A jedną z rzeczy, które da ci Veritas, jest raport na twoich kosmicznych genach. Czy masz konkretny wariant EPAS1 , wspólne dla Tybetańczyków, które pozwala ci obejść się z mniejszą ilością tlenu? A co powiesz na naturalną mutację, która skutkuje ogromnymi, bardzo chudymi mięśniami, co może przeciwdziałać atrofii? Inny wariant DNA wiąże się z dobrymi umiejętnościami rozwiązywania problemów i niskim lękiem. To jest właśnie ten rodzaj temperamentu, który umożliwił nieprawdopodobne heroiczne przetrwanie Matta Damona w Marsjanin .

Byłbyś niezwykły, gdybyś miał którąkolwiek z tych mutacji. A szanse są miliardy do jednego, że masz je wszystkie. Dlatego, aby zebrać je wszystkie w jednego astronautę – idealnego astronautę – moglibyśmy chcieć je dodać, prawdopodobnie przed urodzeniem, a może przy użyciu technologii takiej jak CRISPR. George Church, wielki brodaty potentat genetyczny z Uniwersytetu Harvarda i wszechstronny futurolog, który założył Veritas, rozpowszechnia podobną listę rzadkich ochronnych wariantów genów istotnych dla środowiska pozaziemskiego. Nazwij to listą życzeń.

Jakie inne rodzaje adaptacji moglibyśmy zainstalować w naszej rasie astronautów? Jeśli zostawisz na wyspie kilka dużych słoni i wrócisz 10 000 lat później, znajdziesz grupę małych słoni. Przystosują się do braku powierzchni i braku pożywienia. Zjawisko to nazywa się karłowatością wysp. Pod kopułami Marsa mniejsze też może być lepsze. Prawdopodobnie nie ma zbyt wiele miejsca, a każdy funt zapasów, które NASA zabiera na orbitę Ziemi, kosztuje 10 000 USD. Oznacza to, że idealny astronauta prawdopodobnie nie jest tylko dwa razy silniejszy od przeciętnej osoby, ale o połowę mniejszy. (Kościół, który ma 6'5', zauważa, że ​​kiedyś NASA powiedziała mu, żeby nie zawracał sobie głowy aplikowaniem, ponieważ był za wysoki.)

Prototroficzni ludzie

Pójdźmy jeszcze dalej z modyfikacjami, ponieważ niektórzy naukowcy twierdzą, że być może będziemy musieli. Jeśli jadłeś dziś rano płatki śniadaniowe, być może zajrzałeś na bok pudełka, gdzie jest napisane np. Witamina C – 10% dziennej wartości. Niezbędne składniki odżywcze i witaminy wymienione na opakowaniu są tak nazywane, ponieważ organizm ludzki nie jest w stanie ich wytworzyć. Zamiast tego musimy jeść organizmy, które to robią, takie jak rośliny, grzyby lub bakterie. Organizmy te są klasyfikowane jako prototrofy, co oznacza, że ​​syntetyzują wszystko, czego potrzebują, z minimalnych składników wyjściowych, takich jak cukry proste lub zawartość gleby.

Oczywiście jedzenie kamieni byłoby całkiem przydatną umiejętnością, gdybyś mieszkał na Marsie. A czy pomyślałbyś, że żartowałem, gdybym powiedział, że naukowcy się tym zajmują? Nie żartuje. W 2016 roku Harris Wang z Columbia University wygłosił wykład zatytułowany Synteza prototroficznego człowieka na dużą skalę nieoficjalne spotkanie biologów syntetycznych zorganizowanych przez Kościół przy Harvard Medical School. Wang powiedział grupie, że może być całkiem interesujące dla podróży kosmicznych, jeśli ludzie będą mogli żyć dzięki wodzie z cukrem.

Pomimo tytułu jego przemówienia, kiedy dodzwoniłem się do Wanga, chciał, aby wszyscy wiedzieli, że tak naprawdę nie syntetyzuje ludzi ani astronautów i nie ma planów. To jeszcze wiele, wiele lat, jeśli w ogóle. Nie chcę, żeby powiedziano, że robię zielonych ludzi i nie sugeruję, abyśmy zrobili to w najbliższym czasie. Ale sugeruję, że jeśli chcesz odbyć podróż międzygalaktyczną, musisz rozwiązać problem całkowitej samowystarczalności – mówi. Stawiamy ludzi w bardzo ekstremalnych warunkach iz tej perspektywy wydaje się to być jednym z pomysłów na plan długoterminowy.

Wang mówi, że nie jest pewne, czy ta koncepcja w ogóle zadziała. W jego laboratorium naukowcy próbują skłonić ludzkie komórki nerkowe do syntezy dziewięciu aminokwasów, których nasz organizm normalnie nie wytwarza, zaczynając od najprostszego, metioniny, wytwarzanej przez dodanie pojedynczego genu. Jeśli to zadziała, przejdzie do tryptofanu, fenyloalaniny i witamin D, C i B. W sumie stworzenie prototroficznej komórki ludzkiej wymagałoby około 250 nowych genów.

Stworzenie astronautów zdolnych do wytwarzania własnych niezbędnych składników odżywczych byłoby oczywiście niezwykle skomplikowane. Jednak tak skomplikowane, jak jest, może być mniej trudne niż alternatywy, takie jak terraformacja planety lub sprowadzenie pierścienia kosmicznego wraz z atmosferą, roślinami i zwierzętami hodowlanymi wypasującymi się nad głową. Wang powiedział mi, że byłoby również interesujące, gdyby podróżnicy kosmiczni mogli przeprowadzić własną fotosyntezę, zamieniając światło w żywność. Ale każdy człowiek, który mógłby to zrobić, nie byłby człowiekiem, przyznaje. Aby wytworzyć wystarczającą ilość energii, osoba musiałaby być płaska jak liść i wielkości placu zabaw.

Zdolność do zmiany DNA ludzkiego embrionu wywołała globalną debatę na temat tego, czy genetycznie modyfikować ludzi na Ziemi, aby poprawić ich przystosowanie do tej planety, byłoby słuszne, czy złe. Ludzie mają silne poglądy. Niektórzy twierdzą, że gatunek ludzki nie jest szczurem laboratoryjnym. Nie dla eugeniki!! Nie dla GM!! Inni twierdzą, że to może faktycznie zadziałać – sprawdźmy to.

Nie mam rozwiązania tego moralnego pytania. Ale wiem, że prawdopodobnie będziemy musieli na nie odpowiedzieć, zanim będziemy mogli opuścić planetę.

ukryć