Engineering den perfekta astronauten

I filmen Gattaca spelade skådespelaren Ethan Hawke en genetisk invalid som hoppas kunna resa rymden mot alla odds.

Vid den internationella astronautiska kongressen i september förra året, i Guadalajara, Mexiko, övertygade Elon Musk många inbitna rymdingenjörer om att han kunde få en flotta av privata raketer fyllda med tusentals människor till Mars.

Musk's Tal var länge på banor, färdplaner och bränslekostnader. Men det var kort om hur någon av dessa kolonister skulle överleva. Faktum är att Mars-resan sannolikt skulle vara en återvändsgränd. Badad i strålning och med ingenting som växer på den, är den röda planeten i grunden en kyrkogård.

Nyligen har några forskare börjat undersöka om vi kanske skulle kunna göra det lite bättre om vi skapade nya typer av människor som är mer lämpade för rymdresornas svårigheter. Det stämmer: genetiskt modifierade astronauter.

Låt oss vara tydliga. Ingen försöker odla en astronaut i ett bubblande kar någonstans. Men några långt borta idéer förpassades en gång till science fiction och TED Talks ( här och här ) har nyligen börjat ta konkret form. Experiment har börjat för att förändra mänskliga celler i labbet. Kan de göras strålningssäkra? Kan de återställas för att producera sina egna vitaminer och aminosyror?

En person som tittar på idén är Christopher Mason, medlem av Institutionen för fysiologi och biofysik vid Weill Cornell Medicine. 2011 kom Mason på vad han kallade a 500-årsplan för att få människor från jorden. I den spelar genetisk modifiering en stor roll. Jag tror att vi måste överväga det för människor som vi skickar till andra planeter, säger han. Vi vet inte om det är en liten knuff till existerande genuttryck, eller en helt ny kromosom, eller slutligen en fullständig omskrivning av den genetiska koden.

Mason säger att det återstår ett eller två decennier av arbete bara för att ta reda på vilken effekt rymdresor har på dina gener, och vilka som kan vara okej att ändra och vilka som bör finnas på en stör ej-lista. Hans labb deltar i NASA:s Twins Study, som spårar fysiologiska förändringar hos en astronaut som skickades till den internationella rymdstationen i ett år medan hans tvillingbror stannade på jorden. Hittills är det ungefär så nära som NASA har kommit till ämnet GM-astronauter - en som fortfarande inte har tagits upp i något officiellt dokument från myndigheten.

Ändå säger Mason att hans labb är redo att ta ett första steg. Rymden är full av strålar och snabbrörliga partiklar som skadar DNA. Så han arbetar med att skydda mänskliga celler. Hans elever tar celler och lägger till extra kopior av p53, en gen som är involverad i att förebygga cancer som är känd som skyddaren av genomet. Elefanter har många extra kopior av p53 och får nästan aldrig cancer, så kanske astronauter borde ha dem också. Mason säger att han nyligen lämnade in ett förslag till NASA att skicka de modifierade cellerna till rymdstationen. Det finns inget konsortium för genteknikastronauter eller något, men vi kanske borde starta ett, säger han.

Gattaca

Allt detta har blivit lättare att tänka på eftersom det har blivit lättare att göra. 2015 publicerade vi en artikel, Engineering the Perfect Baby , om att genredigering, särskilt med en teknologi som heter CRISPR, plötsligt hade gjort det möjligt att enkelt ändra generna i ett mänskligt embryo. För första gången stod vi inför den verkliga möjligheten av genetiskt modifierade människor.

Sedan dess har forskare i Kina och Europa börjat redigera embryon för att se hur det fungerar. Skulle det vara etiskt att sedan faktiskt göra en genfixerad bebis? U.S. National Academy of Sciences i år sa ja, ärftliga genetiska förändringar kan övervägas för att undvika sjukdom, men bara i ett fåtal situationer och under mycket strikt övervakning. Organisationen ansåg att under vissa sällsynta omständigheter där ett par annars inte skulle kunna få ett friskt barn, skulle det vara acceptabelt att skapa en genetiskt modifierad människa.

Mason tror att rymdresor kommer att erbjuda ett andra, mycket kraftfullt argument för att genetiskt modifiera människor. Du kan inte skicka någon till en annan planet utan att skydda dem genetiskt om du kan, säger han. Det vore också oetiskt.

Men att sätta astronauter i mixen kan också öppna dörren till förbättring. Än så länge är experterna fortfarande döda mot att använda genredigering för att göra ett barn som är smartare eller utrustad med perfekt syn. Men låt oss inse det: NASA väljer redan ut människor enligt just sådana kriterier och accepterar bara 14 av 18 300 sökande till sin senaste klass av astronauter. Kanske har du sett filmen Gattaca ? Endast supermän med toppade genom tillåts resa till Titan, medan de genetiska förlorarna, kallade invalids, stirrar upp i avund när raketerna lyfter. Liksom de flesta bra science fiction, är filmen från 1997 inte så långt från verkligheten.

Genetisk önskelista

För att tänka på att överleva i rymden, kommer en term från vetenskapen om genetik – fitness – att vara användbar. Det betyder inte att du har tillbringat en timme på löpbandet på Equinox. Inom genetik är en organisms kondition hur väl den kan frodas och föröka sig i en given miljö.

Konditionen för en människa i rymden eller på Mars är extremt låg. Föreställ dig bara en astronaut inkapslad i en rymddräkt med rätt mängd syre, rätt mängd kväve och rätt temperatur. Syftet med den dräkten är att ta med den miljö som astronautens gener gör honom eller henne lämplig för.

Vissa forskare har redan utarbetat en katalog över gener som kan hjälpa. Ett Boston-företag som heter Veritas Genetics erbjuder att sekvensera någons genom för $999. Och en av de saker som Veritas kommer att ge dig är en rapport på dina rymdgener. Har du den specifika varianten av EPAS1 , gemensamt för tibetaner, som låter dig klara dig med mindre syre? Vad sägs om den naturliga mutationen som resulterar i enorma, extra magra muskler, som kan motverka atrofi? En annan DNA-variant är förknippad med god problemlösningsförmåga och låg ångest. Det är precis den sortens temperament som gjorde Matt Damons osannolika överlevnadshjältemod möjlig i Marsmannen .

Du skulle vara ovanlig om du hade någon av dessa mutationer. Och chansen är miljarder för en att du har dem alla. Det är därför för att få dem alla till en astronaut – den perfekta astronauten – vi kanske vill lägga till dem, förmodligen före födseln, och kanske med hjälp av en teknik som CRISPR. George Church, den storskäggiga Harvard University genetikkraftverk och all-in futurist som grundade Veritas, cirkulerar en liknande lista över sällsynta skyddande genvarianter som är relevanta för en utomjordisk miljö. Kalla det en önskelista.

Vilka andra typer av anpassningar kan vi installera i vår ras av astronauter? Om du lämnar några stora elefanter på en ö och kommer tillbaka 10 000 år senare, kommer du att hitta ett gäng små elefanter. De kommer att ha anpassat sig till bristen på yta och brist på mat. Fenomenet kallas ö-dvärgväxt. Under Mars kupoler kan mindre vara bättre också. Det finns förmodligen inte så mycket utrymme, och varje pund av proviant som NASA tar in i jordens omloppsbana kostar $10 000. Det betyder att den perfekta astronauten förmodligen inte bara är dubbelt så stark som den genomsnittliga personen utan hälften så stor. (Church, som är 6'5', noterar att han en gång blev tillsagd av NASA att inte bry sig om att ansöka eftersom han var för lång.)

Prototrofa människor

Låt oss ta ändringarna ännu längre, som vissa forskare säger att vi kan behöva. Om du åt frukostflingor i morse, kanske du har tittat på sidan av lådan, där det står saker som C-vitamin—10 % dagligt värde. De väsentliga näringsämnena och vitaminerna som anges på kartongen kallas så eftersom människokroppen inte kan tillverka dem. Istället måste vi äta organismer som gör det, som växter, svampar eller bakterier. Dessa organismer klassificeras som prototrofer, vilket innebär att de syntetiserar allt de behöver från minimala startingredienser som enkla sockerarter eller vad som finns i jorden.

Naturligtvis skulle äta stenar vara en ganska användbar färdighet om du bodde på Mars. Och skulle du tro att jag skämtade om jag sa att forskare undersöker det? Jag skojar inte. 2016 höll Harris Wang från Columbia University ett föredrag med titeln Synthesizing a Prototrophic Human at a large off-the-record möte av syntetiska biologer organiserade av kyrkan vid Harvard Medical School. Det kan vara ganska intressant för rymdresor, sa Wang till gruppen, om människor kunde livnära sig på sockervatten.

Trots titeln på hans föredrag ville han när jag nådde Wang per telefon att alla skulle veta att han faktiskt inte syntetiserar människor eller astronauter och inte har några planer på det. Det är fortfarande många, många år kvar, om någonsin. Jag vill inte att det ska sägas att jag skapar gröna människor, och jag föreslår inte att vi gör det här snart. Men jag föreslår att om du vill göra intergalaktiska resor måste du lösa problemet med att vara helt självförsörjande, säger han. Vi försätter människor i mycket extrema förhållanden, och ur det perspektivet verkar detta vara en idé för en långsiktig plan.

Wang säger att det inte är säkert om konceptet ens kan fungera. I hans labb försöker forskare få mänskliga njurceller att syntetisera de nio aminosyror som våra kroppar normalt inte gör, med början med den enklaste, metionin, tillverkad genom att lägga till en enda gen. Om det fungerar kommer han att gå vidare till tryptofan, fenylalanin och vitaminerna D, C och B. Sammantaget skulle skapa en prototrofisk mänsklig cell kräva cirka 250 nya gener.

Att skapa astronauter som kan göra sina egna viktiga näringsämnen skulle uppenbarligen vara oerhört komplicerat. Men hur komplicerat det än är kan det vara mindre utmanande än alternativen, som att terraforma en planet eller ta med en rymdring komplett med en atmosfär, växter och boskap som betar ovanför. Wang sa till mig att det också skulle vara intressant om rymdresenärer kunde utföra sin egen fotosyntes och förvandla ljus till mat. Men någon människa som kan göra det skulle knappast vara människa, medger han. För att producera tillräckligt med energi måste en person vara platt som ett löv och ungefär lika stor som en lekplats.

Möjligheten att förändra ett mänskligt embryos DNA har skapat en global debatt om huruvida det skulle vara rätt eller fel att genetiskt modifiera människor här på jorden, för att förbättra deras lämplighet för denna planet. Människor har starka åsikter. Vissa säger att den mänskliga arten inte är en laboratorieråtta. Nej till eugenik!! Nej till GM-folk!! Andra säger att det faktiskt kan fungera - låt oss kolla upp det.

Jag har inte lösningen på denna moraliska fråga. Men jag vet att vi förmodligen kommer att behöva svara på det innan vi kan lämna planeten.

Dölj