211service.com
Engineering den perfekte astronauten
I filmen Gattaca spilte skuespilleren Ethan Hawke en genetisk invalid som håper å reise verdensrommet mot oddsen.
På den internasjonale astronautiske kongressen i september i fjor, i Guadalajara, Mexico, overbeviste Elon Musk mange innbitte romingeniører om at han kunne få en flåte av private raketter fylt med tusenvis av mennesker til Mars.
Musk sin tale var lenge på baner, flyplaner og drivstoffkostnader. Men det var kort om hvordan noen av disse kolonistene ville overleve. Faktisk vil Mars-reisen sannsynligvis være en blindvei. Badet i stråling og uten at det vokser noe på den, er den røde planeten i utgangspunktet en kirkegård.
Nylig har noen få forskere begynt å undersøke om vi kanskje kan gjøre det litt bedre hvis vi skapte nye typer mennesker som er mer egnet for romfartens strev. Det stemmer: genmodifiserte astronauter.
La oss være tydelige. Ingen prøver å dyrke en astronaut i et boblende kar et sted. Men noen fjerntliggende ideer ble en gang henvist til science fiction og TED Talks ( her og her ) har nylig begynt å ta konkret form. Eksperimenter har begynt å endre menneskelige celler i laboratoriet. Kan de gjøres strålesikre? Kan de rejiseres for å produsere sine egne vitaminer og aminosyrer?
En person som ser på ideen er Christopher Mason, medlem av Institutt for fysiologi og biofysikk ved Weill Cornell Medicine. I 2011 kom Mason med det han kalte en 500-årsplan for å få mennesker bort fra jorden. I den spiller genmodifisering en stor rolle. Jeg tror vi må vurdere det for folk som vi sender til andre planeter, sier han. Vi vet ikke om det er en liten dytt til eksisterende genuttrykk, eller et helt nytt kromosom, eller til slutt en fullstendig omskrivning av den genetiske koden.
Mason sier at det gjenstår et tiår eller to med arbeid bare for å finne ut hvilken effekt romfart har på genene dine, og hvilke som kan være greit å endre og hvilke som bør stå på en ikke forstyrr-liste. Laboratoriet hans deltar i NASAs Twins Study, som sporer fysiologiske endringer til en astronaut som ble sendt til den internasjonale romstasjonen i et år mens tvillingbroren hans ble på jorden. Så langt er det omtrent så nært som NASA har kommet til emnet GM-astronauter - en som fortsatt ikke har blitt omtalt i noe offisielt byrådokument.
Likevel sier Mason at laboratoriet hans er klar til å ta et første skritt. Rommet er fullt av stråler og raskt bevegelige partikler som skader DNA. Så han jobber med å beskytte menneskelige celler. Elevene hans tar celler og legger til ekstra kopier av p53, et gen som er involvert i å forhindre kreft som er kjent som beskytteren av genomet. Elefanter har mange ekstra kopier av p53 og får nesten aldri kreft, så kanskje astronauter burde ha dem også. Mason sier at han nylig sendte inn et forslag til NASA om å sende de modifiserte cellene til romstasjonen. Det er ikke et konsortium for genteknologiske astronauter eller noe, men kanskje vi burde starte et, sier han.
Gattaca
Alt dette har blitt lettere å tenke på fordi det har blitt lettere å gjøre. I 2015 publiserte vi en artikkel, Engineering the Perfect Baby , om at genredigering, spesielt med en teknologi kalt CRISPR, plutselig hadde gjort det mulig å enkelt endre genene i et menneskelig embryo. For første gang sto vi overfor den reelle muligheten for genmodifiserte mennesker.
Siden den gang har forskere i Kina og Europa begynt å redigere embryoer for å se hvordan det fungerer. Ville det være etisk å faktisk lage en genfiksert baby? U.S. National Academy of Sciences sa i år ja, arvelige genetiske endringer kan vurderes for å unngå sykdom, men bare i noen få situasjoner og under svært streng tilsyn. Organisasjonen mente at under visse sjeldne omstendigheter der et par ellers ikke kunne få et sunt barn, ville det være akseptabelt å skape et GM-menneske.
Mason tror at romfart vil tilby et annet, veldig kraftig argument til fordel for genmodifisering av mennesker. Du kan ikke sende noen til en annen planet uten å beskytte dem genetisk hvis du er i stand til det, sier han. Det ville også vært uetisk.
Men å sette astronauter i blandingen kan også åpne døren til forbedring. Foreløpig er ekspertene fortsatt døde mot å bruke genredigering for å lage et barn som er smartere eller utstyrt med perfekt syn. Men la oss innse det: NASA velger allerede folk i henhold til nettopp slike kriterier, og aksepterer bare 14 av 18 300 søkere til sin siste klasse av astronauter. Kanskje du har sett filmen Gattaca ? Bare supermenn med toppet genom har lov til å reise til Titan, mens de genetiske taperne, kalt in-valids, stirrer opp i misunnelse mens rakettene løfter seg. Som de fleste god science fiction, er ikke filmen fra 1997 så langt unna virkeligheten.
Genetisk ønskeliste
For å tenke på å overleve i verdensrommet, vil et begrep fra vitenskapen om genetikk – fitness – komme godt med. Det betyr ikke at du har brukt en time på tredemøllen på Equinox. I genetikk er egnetheten til en organisme hvor godt den kan trives og formere seg i et gitt miljø.
Kondisjonen til et menneske i verdensrommet eller på Mars er ekstremt lav. Bare se for deg en astronaut innkapslet i en romdrakt med riktig mengde oksygen, riktig mengde nitrogen og riktig temperatur. Hensikten med den drakten er å bringe med seg miljøet som astronautens gener gjør ham eller henne egnet for.
Noen forskere har allerede utarbeidet en katalog over gener som kan hjelpe. Et Boston-selskap ved navn Veritas Genetics tilbyr å sekvensere noens genom for $999. Og en av tingene som Veritas vil gi deg er en rapport på romgenene dine. Har du den spesifikke varianten av EPAS1 , felles for tibetanere, som lar deg klare deg med mindre oksygen? Hva med den naturlige mutasjonen som resulterer i enorme, ekstra magre muskler, som kan motvirke atrofi? En annen DNA-variant er forbundet med gode problemløsningsevner og lav angst. Det er akkurat den typen temperament som gjorde Matt Damons usannsynlige overlevelseshelter mulig i Marsboeren .
Du ville vært uvanlig hvis du hadde noen av disse mutasjonene. Og sjansene er milliarder for en at du har dem alle. Det er derfor for å få dem alle sammen til én astronaut – den perfekte astronauten – vi vil kanskje legge dem til, sannsynligvis før fødselen, og kanskje ved å bruke en teknologi som CRISPR. George Church, det storskjeggete genetikkkraftsenteret fra Harvard University og all-in-futuristen som grunnla Veritas, sirkulerer en lignende liste over sjeldne beskyttende genvarianter som er relevante for et utenomjordisk miljø. Kall det en ønskeliste.
Hvilke andre typer tilpasninger kan vi installere i vår rase av astronauter? Hvis du lar noen store elefanter ligge på en øy og kommer tilbake 10 000 år senere, vil du finne en haug med små elefanter. De vil ha tilpasset seg mangelen på overflateareal og mangel på mat. Fenomenet kalles øydvergisme. Under Mars-kuplene kan mindre også være bedre. Det er sannsynligvis ikke så mye plass, og hvert pund med proviant NASA tar inn i jordens bane koster $10 000. Det betyr at den perfekte astronauten sannsynligvis ikke bare er dobbelt så sterk som en gjennomsnittsperson, men halvparten så stor. (Church, som er 6'5', bemerker at han en gang ble bedt av NASA om ikke å bry seg om å søke fordi han var for høy.)
Prototrofe mennesker
La oss ta endringene enda lenger, som noen forskere sier at vi kanskje må. Hvis du spiste frokostblanding denne morgenen, har du kanskje sett på siden av esken, der det står ting som Vitamin C—10 % daglig verdi. De essensielle næringsstoffene og vitaminene som er oppført på esken kalles så fordi menneskekroppen ikke kan lage dem. I stedet må vi spise organismer som gjør det, som planter, sopp eller bakterier. Disse organismene er klassifisert som prototrofer, noe som betyr at de syntetiserer alt de trenger fra minimale startingredienser som enkle sukkerarter eller det som er i jorda.
Å spise steiner ville selvfølgelig være en ganske nyttig ferdighet hvis du bodde på Mars. Og ville du tro jeg tullet hvis jeg sa at forskere ser på det? Jeg tuller ikke. I 2016 holdt Harris Wang fra Columbia University et foredrag med tittelen Synthesizing a Prototrophic Human at a large off-the-record møte av syntetiske biologer organisert av Church ved Harvard Medical School. Det kan være ganske interessant for romfart, sa Wang til gruppen, hvis mennesker kunne livnære seg på sukkervann.
Til tross for tittelen på foredraget hans, da jeg nådde Wang på telefon ville han at alle skulle vite at han faktisk ikke syntetiserer mennesker eller astronauter og ikke har planer om det. Det er fortsatt mange, mange år unna, om noen gang. Jeg vil ikke ha det sagt at jeg lager grønne mennesker, og jeg foreslår ikke at vi gjør dette med det første. Men jeg foreslår at hvis du vil gjøre intergalaktiske reiser, må du løse problemet med å være helt selvforsynt, sier han. Vi setter mennesker i svært ekstreme forhold, og fra det perspektivet ser dette ut til å være en idé for en langsiktig plan.
Wang sier det ikke er sikkert om konseptet i det hele tatt kan fungere. I laboratoriet hans prøver forskere å få menneskelige nyreceller til å syntetisere de ni aminosyrene kroppene våre vanligvis ikke lager, og starter med den enkleste, metionin, produsert ved å legge til et enkelt gen. Hvis det fungerer, vil han gå videre til tryptofan, fenylalanin og vitaminene D, C og B. Til sammen vil det kreve rundt 250 nye gener for å lage en prototrof menneskelig celle.
Å skape astronauter i stand til å lage sine egne essensielle næringsstoffer vil åpenbart være uhyre komplisert. Likevel så komplekst som det er, kan det være mindre utfordrende enn alternativene, som å terraformere en planet eller ta med en romring komplett med en atmosfære, planter og husdyr som beiter over hodet. Wang fortalte meg at det også ville være interessant om romreisende kunne utføre sin egen fotosyntese og gjøre lys til mat. Men ethvert menneske som er i stand til det, ville neppe vært menneske, innrømmer han. For å produsere nok energi, må en person være flat som et blad og omtrent på størrelse med en lekeplass.
Evnen til å endre DNA til et menneskelig embryo har skapt en global debatt om hvorvidt det ville være rett eller galt å genmodifisere mennesker her på jorden, for å forbedre deres egnethet for denne planeten. Folk har sterke synspunkter. Noen sier at menneskearten ikke er en laboratorierotte. Nei til eugenikk!! Nei til GM-folk!! Andre sier at det faktisk kan fungere - la oss sjekke det ut.
Jeg har ikke løsningen på dette moralske spørsmålet. Men jeg vet at vi sannsynligvis må svare på det før vi kan komme oss bort fra planeten.