Engineering van de perfecte astronaut

In de film Gattaca speelde acteur Ethan Hawke een genetische invalide die tegen alle verwachtingen in door de ruimte hoopt te reizen.

Op het International Astronautical Congress afgelopen september in Guadalajara, Mexico, overtuigde Elon Musk veel die-hard ruimteingenieurs dat hij een vloot privéraketten gevuld met duizenden mensen naar Mars kon krijgen.

Musk's toespraak was lang op banen, vluchtplannen en brandstofkosten. Maar het was kort over hoe een van die kolonisten zou overleven. In feite zou de reis naar Mars waarschijnlijk een doodlopende weg zijn. Badend in straling en met niets dat erop groeit, is de Rode Planeet in feite een kerkhof.

Onlangs zijn een paar wetenschappers begonnen te onderzoeken of we het misschien iets beter zouden kunnen doen als we nieuwe soorten mensen zouden creëren die beter geschikt zijn voor de beproevingen van ruimtereizen. Dat klopt: genetisch gemodificeerde astronauten.

Laten we duidelijk zijn. Niemand probeert ergens een astronaut in een borrelend vat te kweken. Maar sommige verre ideeën waren ooit verbannen naar sciencefiction en TED Talks ( hier en hier ) hebben recentelijk concrete vorm gekregen. Experimenten zijn begonnen om menselijke cellen in het laboratorium te veranderen. Kunnen ze stralingsbestendig gemaakt worden? Kunnen ze worden aangepast om hun eigen vitamines en aminozuren te produceren?

Een persoon die naar het idee kijkt, is Christopher Mason, een lid van de afdeling Fysiologie en Biofysica van Weill Cornell Medicine. In 2011 bedacht Mason wat hij een 500-jarenplan om mensen van de aarde te krijgen. Daarin speelt genetische modificatie een grote rol. Ik denk dat we er rekening mee moeten houden voor mensen die we naar andere planeten sturen, zegt hij. We weten niet of het een klein duwtje is in de bestaande genexpressie, of een heel nieuw chromosoom, of uiteindelijk een volledige herschrijving van de genetische code.

Mason zegt dat er nog een decennium of twee werk over is om erachter te komen welk effect ruimtevaart op je genen heeft, en welke je best kunt veranderen en welke op een niet-storen-lijst zouden moeten staan. Zijn laboratorium neemt deel aan NASA's Twins Study, die fysiologische veranderingen volgt bij een astronaut die een jaar naar het internationale ruimtestation is gestuurd terwijl zijn tweelingbroer op aarde verbleef. Tot nu toe is dat ongeveer zo dicht als NASA is gekomen bij het onderwerp van GM-astronauten - een onderwerp dat nog steeds niet is aangesneden in een officieel document van een instantie.

Toch zegt Mason dat zijn lab klaar is om een ​​eerste stap te zetten. De ruimte zit vol met stralen en snel bewegende deeltjes die DNA beschadigen. Dus hij werkt aan stralingsbestendige menselijke cellen. Zijn studenten nemen cellen en voegen extra kopieën toe van p53, een gen dat betrokken is bij het voorkomen van kanker en dat bekend staat als de beschermer van het genoom. Olifanten hebben veel extra exemplaren van p53 en krijgen bijna nooit kanker, dus misschien zouden astronauten die ook moeten hebben. Mason zegt dat hij onlangs een voorstel bij NASA heeft ingediend om de aangepaste cellen naar het ruimtestation te sturen. Er is geen consortium voor genetische manipulatie-astronauten of zo, maar misschien moeten we er een beginnen, zegt hij.

Gattaca

Dit alles is gemakkelijker geworden om over na te denken omdat het gemakkelijker is geworden om te doen. In 2015 publiceerden we een artikel, Engineering the Perfect Baby, over het feit dat genbewerking, vooral met een technologie genaamd CRISPR, het plotseling mogelijk had gemaakt om de genen in een menselijk embryo gemakkelijk te veranderen. Voor het eerst werden we geconfronteerd met de reële mogelijkheid van genetisch gemodificeerde mensen.

Sindsdien zijn wetenschappers in China en Europa begonnen met het bewerken van embryo's om te zien hoe het werkt. Zou het ethisch zijn om dan daadwerkelijk een gen-gefixeerde baby te maken? De Amerikaanse National Academy of Sciences zei dit jaar ja, erfelijke genetische veranderingen kunnen worden overwogen om ziekte te voorkomen, maar alleen in een paar situaties en onder zeer strikt toezicht. De organisatie was van mening dat het onder bepaalde zeldzame omstandigheden waarin een paar anders geen gezond kind zou kunnen krijgen, acceptabel zou zijn om een ​​genetisch gemodificeerd mens te creëren.

Mason denkt dat ruimtevaart een tweede, zeer krachtig argument zal bieden voor het genetisch modificeren van mensen. Je kunt iemand niet naar een andere planeet sturen zonder hem genetisch te beschermen als je in staat bent, zegt hij. Dat zou ook onethisch zijn.

Maar door astronauten in de mix te plaatsen, kan ook de deur naar verbetering worden geopend. Vooralsnog blijven de experts vastberaden tegen het gebruik van genbewerking om een ​​kind te maken dat slimmer is of een perfect gezichtsvermogen heeft. Maar laten we eerlijk zijn: NASA selecteert mensen al op basis van dergelijke criteria en accepteert alleen 14 van 18.300 sollicitanten tot zijn nieuwste klasse astronauten. Misschien heb je de film gezien Gattaca ? Alleen supermannen met afgetopte genomen mogen naar Titan reizen, terwijl de genetische verliezers, in-valids genaamd, jaloers opkijken terwijl de raketten opstijgen. Zoals de meeste goede sciencefiction, is de film uit 1997 niet zo ver van de realiteit.

Genetisch verlanglijstje

Om na te denken over overleven in de ruimte, komt een term uit de wetenschap van de genetica - fitness - van pas. Het betekent niet dat je bij Equinox een uur op de loopband hebt gestaan. In de genetica is de geschiktheid van een organisme hoe goed het kan gedijen en zich voortplanten in een bepaalde omgeving.

De conditie van een mens in de ruimte of op Mars is extreem laag. Stel je een astronaut voor, gehuld in een ruimtepak met de juiste hoeveelheid zuurstof, de juiste hoeveelheid stikstof en de juiste temperatuur. Het doel van dat pak is om de omgeving mee te nemen waarvoor de genen van de astronaut hem of haar geschikt maken.

Sommige wetenschappers hebben al een catalogus opgesteld van genen die kunnen helpen. Een bedrijf uit Boston genaamd Veritas Genetics biedt aan om het genoom van iemand te sequencen voor $ 999. En een van de dingen die Veritas je zal geven is: een verslag op je ruimtegenen. Heb jij de specifieke variant van EPAS1 , dat Tibetanen gemeen hebben, waardoor je rond kunt komen met minder zuurstof? Hoe zit het met de natuurlijke mutatie die resulteert in enorme, extra magere spieren, die atrofie zou kunnen tegengaan? Een andere DNA-variant wordt geassocieerd met een goed probleemoplossend vermogen en weinig angst. Dat is precies het soort temperament dat de ongeloofwaardige overlevingsheldendaden van Matt Damon mogelijk maakte in de marsmannetje .

Je zou ongebruikelijk zijn als je een van deze mutaties had. En de kans is miljarden op één dat je ze allemaal hebt. Om ze allemaal in één astronaut te krijgen - de perfecte astronaut - willen we ze misschien toevoegen, waarschijnlijk voor de geboorte, en misschien met behulp van een technologie als CRISPR. George Church, de grootbebaarde genetica-krachtpatser van Harvard University en all-in futurist die Veritas heeft opgericht, circuleert een vergelijkbare lijst van zeldzame beschermende genvarianten die relevant zijn voor een buitenaardse omgeving. Noem het een verlanglijstje.

Wat voor soort aanpassingen kunnen we nog meer in onze race van astronauten aanbrengen? Als je een paar grote olifanten op een eiland achterlaat en 10.000 jaar later terugkomt, zul je een stel kleine olifanten vinden. Ze zullen zich hebben aangepast aan het gebrek aan oppervlakte en het gebrek aan voedsel. Het fenomeen wordt eilanddwerggroei genoemd. Onder de Mars-koepels is kleiner misschien ook beter. Er is waarschijnlijk niet zoveel ruimte, en elke pond voorzieningen die NASA in een baan om de aarde neemt, kost $ 10.000. Dat betekent dat de perfecte astronaut waarschijnlijk niet twee keer zo sterk is als de gemiddelde persoon, maar half zo groot. (Church, die 1m80 is, merkt op dat hem ooit door NASA werd verteld dat hij niet de moeite moest nemen om te solliciteren omdat hij te lang was.)

prototrofe mensen

Laten we de wijzigingen nog verder doorvoeren, zoals sommige wetenschappers zeggen dat we dat misschien nodig hebben. Als je vanmorgen ontbijtgranen hebt gegeten, heb je misschien naar de zijkant van de doos gekeken, waar dingen staan ​​als vitamine C - 10% dagelijkse waarde. De essentiële voedingsstoffen en vitamines die op de doos staan, worden zo genoemd omdat het menselijk lichaam ze niet kan maken. In plaats daarvan moeten we organismen eten die dat wel doen, zoals planten, schimmels of bacteriën. Deze organismen worden geclassificeerd als prototrofen, wat betekent dat ze alles wat ze nodig hebben synthetiseren met minimale startingrediënten zoals eenvoudige suikers of wat zich in de bodem bevindt.

Natuurlijk zou het eten van stenen een behoorlijk nuttige vaardigheid zijn als je op Mars zou wonen. En zou je denken dat ik een grapje maakte als ik zei dat wetenschappers het onderzoeken? Ik maak geen grapje. In 2016 hield Harris Wang van de Columbia University een lezing getiteld Synthesizing a Prototrophic Human at a large off-the-record vergadering van synthetische biologen georganiseerd door de kerk aan de Harvard Medical School. Het zou best interessant kunnen zijn voor ruimtereizen, vertelde Wang de groep, als mensen van suikerwater konden leven.

Ondanks de titel van zijn toespraak, toen ik Wang telefonisch bereikte, wilde hij dat iedereen wist dat hij niet echt mensen of astronauten synthetiseert en dat hij ook geen plannen heeft om dat te doen. Dat is nog vele, vele jaren verwijderd, of ooit. Ik wil niet dat er wordt gezegd dat ik groene mensen maak, en ik suggereer ook niet dat we dit op korte termijn zullen doen. Maar ik suggereer dat als je intergalactische reizen wilt maken, je het probleem moet oplossen om volledig zelfvoorzienend te zijn, zegt hij. We brengen mensen in zeer extreme omstandigheden en vanuit dat perspectief lijkt dit een idee voor een langetermijnplan.

Wang zegt dat het niet zeker is of het concept kan werken. In zijn laboratorium proberen onderzoekers menselijke niercellen de negen aminozuren te laten synthetiseren die ons lichaam normaal niet maakt, te beginnen met de eenvoudigste, methionine, vervaardigd door een enkel gen toe te voegen. Als dat werkt, gaat hij over op tryptofaan, fenylalanine en vitamine D, C en B. In totaal zou het creëren van een prototrofe menselijke cel ongeveer 250 nieuwe genen vereisen.

Het zou natuurlijk enorm ingewikkeld zijn om astronauten te creëren die in staat zijn om hun eigen essentiële voedingsstoffen te maken. Maar hoe complex het ook is, het is misschien minder uitdagend dan de alternatieven, zoals het terraformeren van een planeet of het meebrengen van een ruimtering compleet met een atmosfeer, planten en grazend vee. Wang vertelde me dat het ook interessant zou zijn als ruimtereizigers hun eigen fotosynthese zouden kunnen uitvoeren en licht in voedsel zouden veranderen. Maar een mens die daartoe in staat is, zou nauwelijks een mens zijn, geeft hij toe. Om genoeg energie te produceren, zou een persoon zo plat als een blad moeten zijn en ongeveer zo groot als een speelplaats.

De mogelijkheid om het DNA van een menselijk embryo te veranderen heeft geleid tot een wereldwijd debat over de vraag of het goed of fout zou zijn om mensen hier op aarde genetisch te modificeren om hun geschiktheid voor deze planeet te verbeteren. Mensen hebben een uitgesproken mening. Sommigen zeggen dat de menselijke soort geen laboratoriumrat is. Nee tegen eugenetica!! Nee tegen GM-mensen!! Anderen zeggen dat het misschien echt werkt - laten we eens kijken.

Ik heb geen oplossing voor deze morele vraag. Maar ik weet wel dat we het waarschijnlijk moeten beantwoorden voordat we van de planeet kunnen.

zich verstoppen