Engineering den perfekte astronaut

I filmen Gattaca spillede skuespilleren Ethan Hawke en genetisk invalid, der håber at rejse i rummet mod oddsene.

Ved den internationale astronautiske kongres i september sidste år i Guadalajara, Mexico, overbeviste Elon Musk mange hårdføre rumingeniører om, at han kunne få en flåde af private raketter fyldt med tusindvis af mennesker til Mars.

Musk's tale var længe om baner, flyveplaner og brændstofomkostninger. Men det var kort om, hvordan nogen af ​​disse kolonister ville overleve. Faktisk ville Mars-rejsen sandsynligvis være en blindgyde. Badet i stråling og uden at der vokser noget på den, er den røde planet dybest set en kirkegård.

For nylig er nogle få videnskabsmænd begyndt at undersøge, om vi måske kunne gøre det lidt bedre, hvis vi skabte nye typer mennesker, der er mere egnede til rumrejsers travails. Det er rigtigt: genetisk modificerede astronauter.

Lad os være tydelige. Ingen forsøger at dyrke en astronaut i et boblende kar et eller andet sted. Men nogle langt ude ideer blev engang henvist til science fiction og TED Talks ( her og her ) er for nylig begyndt at tage konkret form. Eksperimenter er begyndt at ændre menneskelige celler i laboratoriet. Kan de gøres strålesikre? Kan de omdannes til at producere deres egne vitaminer og aminosyrer?

En person, der ser på ideen, er Christopher Mason, medlem af Institut for Fysiologi og Biofysik hos Weill Cornell Medicine. I 2011 kom Mason med, hvad han kaldte en 500-års plan at få mennesker væk fra Jorden. Heri spiller genetisk modifikation en stor rolle. Jeg tror, ​​vi skal overveje det for folk, vi sender til andre planeter, siger han. Vi ved ikke, om det er et lille skub til eksisterende genekspression, eller et helt nyt kromosom eller endelig en fuldstændig omskrivning af den genetiske kode.

Mason siger, at der er et årti eller to af arbejde tilbage bare for at finde ud af, hvilken effekt rumrejser har på dine gener, og hvilke der kan være okay at ændre, og hvilke der skal være på en 'Forstyr ikke'-liste. Hans laboratorium deltager i NASAs Twins Study, som sporer fysiologiske ændringer hos en astronaut, der blev sendt til den internationale rumstation i et år, mens hans tvillingebror blev på Jorden. Indtil videre er det omtrent lige så tæt, som NASA er kommet på emnet om GM-astronauter - en, der stadig ikke er blevet omtalt i noget officielt agentursdokument.

Alligevel siger Mason, at hans laboratorium er klar til at tage et indledende skridt. Rummet er fyldt med stråler og hurtigt bevægende partikler, der beskadiger DNA. Så han arbejder på at strålesikre menneskelige celler. Hans elever tager celler og tilføjer ekstra kopier af p53, et gen, der er involveret i at forebygge kræft, der er kendt som beskytteren af ​​genomet. Elefanter har mange ekstra kopier af p53 og får næsten aldrig kræft, så måske skulle astronauter også have dem. Mason siger, at han for nylig indsendte et forslag til NASA om at sende de modificerede celler til rumstationen. Der er ikke et genteknologisk astronautkonsortium eller noget, men måske skulle vi starte et, siger han.

Gattaca

Alt dette er blevet lettere at tænke over, fordi det er blevet nemmere at gøre. I 2015 publicerede vi en artikel, Engineering the Perfect Baby, om, at genredigering, især med en teknologi kaldet CRISPR, pludselig havde gjort det muligt nemt at ændre generne i et menneskeligt embryo. For første gang stod vi over for den reelle mulighed for genetisk modificerede mennesker.

Siden da er forskere i Kina og Europa begyndt at redigere embryoner for at se, hvordan det fungerer. Ville det være etisk rent faktisk at lave en genfikseret baby? U.S. National Academy of Sciences sagde i år ja, arvelige genetiske ændringer kunne overvejes for at undgå sygdom, men kun i nogle få situationer og under meget streng overvågning. Organisationen mente, at under visse sjældne omstændigheder, hvor et par ellers ikke kunne få et sundt barn, ville det være acceptabelt at skabe et GM-menneske.

Mason mener, at rumrejser vil tilbyde et andet, meget kraftfuldt argument til fordel for genetisk modificerende mennesker. Du kan ikke sende nogen til en anden planet uden at beskytte dem genetisk, hvis du er i stand til det, siger han. Det ville også være uetisk.

Men at sætte astronauter i blandingen kan også åbne døren til forbedring. Indtil videre er eksperterne fortsat døde imod at bruge genredigering til at skabe et barn, der er klogere eller udstyret med perfekt syn. Men lad os se det i øjnene: NASA udvælger allerede mennesker efter netop sådanne kriterier og accepterer kun 14 af 18.300 ansøgere til sin seneste klasse af astronauter. Måske har du set filmen Gattaca ? Kun supermænd med toppede genomer får lov til at rejse til Titan, mens de genetiske tabere, kaldet in-valids, stirrer op i misundelse, mens raketterne løfter sig. Som de fleste god science fiction er filmen fra 1997 ikke så langt fra virkeligheden.

Genetisk ønskeliste

For at tænke på at overleve i rummet vil et begreb fra genetikvidenskaben – fitness – være nyttigt. Det betyder ikke, at du har brugt en time på løbebåndet ved Equinox. I genetik er en organismes egnethed, hvor godt den kan trives og formere sig i et givet miljø.

Et menneskes egnethed i rummet eller på Mars er ekstremt lav. Forestil dig bare en astronaut indkapslet i en rumdragt med den rigtige mængde ilt, den rigtige mængde nitrogen og den rigtige temperatur. Formålet med den dragt er at bringe det miljø med, som astronautens gener gør ham eller hende egnet til.

Nogle videnskabsmænd har allerede udarbejdet et katalog over gener, der kan hjælpe. Et Boston-firma ved navn Veritas Genetics tilbyder at sekventere enhvers genom for $999. Og en af ​​de ting, som Veritas vil give dig, er en rapport på dine rumgener. Har du den specifikke variant af EPAS1 , fælles for tibetanere, der lader dig klare dig med mindre ilt? Hvad med den naturlige mutation, der resulterer i enorme, ekstra slanke muskler, som kan modvirke atrofi? En anden DNA-variant er forbundet med gode problemløsningsevner og lav angst. Det er netop den slags temperament, der gjorde Matt Damons usandsynlige overlevelseshelte mulig i Marsmanden .

Du ville være usædvanlig, hvis du havde nogen af ​​disse mutationer. Og chancerne er milliarder for én, at du har dem alle. Det er derfor, for at få dem alle sammen i én astronaut - den perfekte astronaut - vil vi måske tilføje dem, sandsynligvis før fødslen, og måske ved hjælp af en teknologi som CRISPR. George Church, det storskæggede genetikkraftværk fra Harvard University og all-in-futurist, der grundlagde Veritas, cirkulerer en lignende liste over sjældne beskyttende genvarianter, der er relevante for et udenjordisk miljø. Kald det en ønskeliste.

Hvilke andre former for tilpasninger kunne vi installere i vores race af astronauter? Hvis du efterlader nogle store elefanter på en ø og kommer tilbage 10.000 år senere, vil du finde en flok små elefanter. De vil have tilpasset sig manglen på overfladeareal og mangel på mad. Fænomenet kaldes ø-dværgvækst. Under Mars-kuplerne er mindre måske også bedre. Der er formentlig ikke så meget plads, og hvert pund proviant, NASA tager i kredsløb om Jorden, koster $10.000. Det betyder, at den perfekte astronaut sandsynligvis ikke bare er dobbelt så stærk som den gennemsnitlige person, men halvt så stor. (Church, som er 6'5', bemærker, at han engang blev bedt af NASA om ikke at gide at ansøge, fordi han var for høj.)

Prototrofe mennesker

Lad os tage ændringerne endnu længere, som nogle videnskabsmænd siger, at vi måske skal. Hvis du spiste morgenmadsprodukter i morges, har du måske kigget på siden af ​​æsken, hvor der står ting som C-vitamin—10 % daglig værdi. De essentielle næringsstoffer og vitaminer, der er anført på æsken, kaldes så, fordi den menneskelige krop ikke kan lave dem. I stedet skal vi spise organismer, der gør det, som planter, svampe eller bakterier. Disse organismer er klassificeret som prototrofer, hvilket betyder, at de syntetiserer alt, hvad de har brug for fra minimale startingredienser som simple sukkerarter eller hvad der er i jorden.

Selvfølgelig ville det være en ret nyttig færdighed at spise sten, hvis du boede på Mars. Og ville du tro, jeg lavede sjov, hvis jeg sagde, at videnskabsmænd kigger på det? Jeg laver ikke sjov. I 2016 holdt Harris Wang fra Columbia University en tale med titlen Synthesizing a Prototrophic Human at a large off-the-record møde af syntetiske biologer organiseret af Church ved Harvard Medical School. Det kunne være ret interessant for rumrejser, fortalte Wang gruppen, hvis mennesker kunne leve af sukkervand.

På trods af titlen på hans foredrag, da jeg ringede til Wang, ville han have, at alle skulle vide, at han faktisk ikke syntetiserer mennesker eller astronauter og ikke har planer om det. Det er stadig mange, mange år tilbage, hvis nogensinde. Jeg vil ikke have, at det bliver sagt, at jeg laver grønne mennesker, og jeg foreslår ikke, at vi gør det her snart. Men jeg foreslår, at hvis du vil lave intergalaktiske rejser, skal du løse problemet med at være totalt selvforsynende, siger han. Vi sætter mennesker i meget ekstreme forhold, og fra det perspektiv ser det ud til at være en idé til en langsigtet plan.

Wang siger, at det ikke er sikkert, om konceptet overhovedet kan fungere. I hans laboratorium forsøger forskere at få menneskelige nyreceller til at syntetisere de ni aminosyrer, vores kroppe normalt ikke laver, begyndende med den enkleste, methionin, fremstillet ved at tilføje et enkelt gen. Hvis det virker, vil han gå videre til tryptofan, phenylalanin og vitaminerne D, C og B. Alt i alt vil det at skabe en prototrof menneskelig celle kræve omkring 250 nye gener.

At skabe astronauter i stand til at lave deres egne essentielle næringsstoffer ville naturligvis være uhyre kompliceret. Men hvor komplekst det end er, kan det være mindre udfordrende end alternativerne, såsom at terraforme en planet eller medbringe en rumring komplet med en atmosfære, planter og husdyr, der græsser over hovedet. Wang fortalte mig, at det også ville være interessant, hvis rumrejsende kunne udføre deres egen fotosyntese og forvandle lys til mad. Men ethvert menneske, der er i stand til det, ville næppe være menneske, indrømmer han. For at producere nok energi skal en person være flad som et blad og på størrelse med en legeplads.

Evnen til at ændre DNA'et af et menneskeligt embryo har skabt en global debat om, hvorvidt det ville være rigtigt eller forkert at genetisk modificere mennesker her på Jorden for at forbedre deres egnethed til denne planet. Folk har stærke holdninger. Nogle siger, at den menneskelige art ikke er en laboratorierotte. Nej til eugenik!! Nej til GM-folk!! Andre siger, at det måske faktisk virker - lad os tjekke det ud.

Jeg har ikke løsningen på dette moralske spørgsmål. Men jeg ved, at vi nok skal svare på det, før vi kan komme væk fra planeten.

skjule