Progettare l'astronauta perfetto

Nel film Gattaca, l'attore Ethan Hawke ha interpretato un invalido genetico che spera di viaggiare nello spazio contro ogni previsione.

Al Congresso Astronautico Internazionale dello scorso settembre, a Guadalajara, in Messico, Elon Musk ha convinto molti ingegneri spaziali irriducibili che avrebbe potuto portare su Marte una flotta di razzi privati ​​riempiti con migliaia di persone.

di muschio discorso era lungo su orbite, piani di volo e costi del carburante. Ma il modo in cui uno di quei coloni sarebbe sopravvissuto era breve. In effetti, il viaggio su Marte sarebbe probabilmente un vicolo cieco. Immerso nelle radiazioni e senza che ci cresca sopra, il Pianeta Rosso è fondamentalmente un cimitero.

Di recente, alcuni scienziati hanno iniziato a esplorare se potremmo essere in grado di fare un po' meglio se avessimo creato nuovi tipi di esseri umani più adatti ai travagli dei viaggi nello spazio. Esatto: astronauti geneticamente modificati.

Cerchiamo di essere chiari. Nessuno sta cercando di far crescere un astronauta in una vasca ribollente da qualche parte. Ma alcune idee lontane un tempo relegate alla fantascienza e ai TED Talks ( qui e qui ) hanno recentemente iniziato a prendere forma concreta. In laboratorio sono iniziati gli esperimenti per alterare le cellule umane. Possono essere resi resistenti alle radiazioni? Possono essere rejiggered per produrre le proprie vitamine e amminoacidi?

Una persona che sta esaminando l'idea è Christopher Mason, membro del Dipartimento di Fisiologia e Biofisica della Weill Cornell Medicine. Nel 2011, Mason ha inventato quello che ha chiamato a Piano 500 anni per portare gli umani fuori dalla Terra. In esso, la modificazione genetica gioca un ruolo importante. Penso che dobbiamo prenderlo in considerazione per le persone che mandiamo su altri pianeti, dice. Non sappiamo se si tratta di una leggera spinta all'espressione genica esistente, o di un cromosoma completamente nuovo o, infine, di una riscrittura completa del codice genetico.

Mason dice che mancano un decennio o due di lavoro solo per scoprire quale effetto ha il viaggio spaziale sui tuoi geni, e quali potrebbero andare bene da cambiare e quali dovrebbero essere in un elenco da non disturbare. Il suo laboratorio partecipa al Twins Study della NASA, che sta monitorando i cambiamenti fisiologici di un astronauta che è stato inviato alla Stazione Spaziale Internazionale per un anno mentre suo fratello gemello è rimasto sulla Terra. Finora, è quanto la NASA sia arrivata al tema degli astronauti GM, uno che non è stato ancora affrontato in nessun documento ufficiale dell'agenzia.

Eppure Mason dice che il suo laboratorio è pronto per fare un primo passo. Lo spazio è pieno di raggi e particelle in rapido movimento che danneggiano il DNA. Quindi sta lavorando su cellule umane resistenti alle radiazioni. I suoi studenti stanno prelevando cellule e aggiungendo copie extra di p53, un gene coinvolto nella prevenzione del cancro noto come il protettore del genoma. Gli elefanti hanno molte copie extra di p53 e raramente si ammalano di cancro, quindi forse anche gli astronauti dovrebbero averle. Mason dice di aver recentemente presentato una proposta alla NASA per inviare le cellule modificate alla stazione spaziale. Non esiste un consorzio di astronauti di ingegneria genetica o altro, ma forse dovremmo avviarne uno, dice.

Gatta

Tutto questo è diventato più facile pensare perché è diventato più facile da fare. Nel 2015 abbiamo pubblicato un articolo, Engineering the Perfect Baby, sul fatto che l'editing genetico, in particolare con una tecnologia chiamata CRISPR, aveva improvvisamente reso possibile modificare facilmente i geni in un embrione umano. Per la prima volta abbiamo affrontato la reale possibilità di persone geneticamente modificate.

Da allora, scienziati in Cina e in Europa hanno iniziato a modificare gli embrioni per vedere come funziona. Sarebbe etico creare un bambino geneticamente fissato? La National Academy of Sciences degli Stati Uniti quest'anno ha affermato di sì, i cambiamenti genetici ereditari potrebbero essere considerati per evitare la malattia, ma solo in poche situazioni e sotto una supervisione molto rigorosa. L'organizzazione ha ritenuto che in alcune rare circostanze in cui una coppia non potrebbe altrimenti avere un figlio sano, sarebbe accettabile creare un essere umano GM.

Mason pensa che i viaggi nello spazio offriranno un secondo argomento molto potente a favore della modificazione genetica delle persone. Non puoi mandare qualcuno su un altro pianeta senza proteggerlo geneticamente se sei in grado di farlo, dice. Anche questo sarebbe immorale.

Ma mettere gli astronauti nel mix potrebbe anche aprire la porta al miglioramento. Per ora, gli esperti restano fermamente contrari all'uso dell'editing genetico per rendere un bambino più intelligente o dotato di una vista perfetta. Ma ammettiamolo: la NASA seleziona già le persone in base a tali criteri, accettando solo 14 su 18.300 ricorrenti alla sua ultima classe di astronauti. Forse hai visto il film Gatta ? Solo i superuomini con genomi completati possono viaggiare su Titano, mentre i perdenti genetici, chiamati invalidi, guardano con invidia mentre i razzi decollano. Come la maggior parte della buona fantascienza, il film del 1997 non è così lontano dalla realtà.

Lista dei desideri genetica

Per pensare alla sopravvivenza nello spazio, un termine della scienza della genetica - fitness - tornerà utile. Non significa che hai passato un'ora sul tapis roulant all'Equinox. In genetica, l'idoneità di un organismo è quanto bene può prosperare e riprodursi in un dato ambiente.

La forma fisica di un essere umano nello spazio o su Marte è estremamente bassa. Immagina un astronauta rinchiuso in una tuta spaziale con la giusta quantità di ossigeno, la giusta quantità di azoto e la giusta temperatura. Lo scopo di quella tuta è portare con sé l'ambiente per il quale i geni dell'astronauta lo rendono adatto.

Alcuni scienziati hanno già preparato un catalogo di geni che potrebbero aiutare. Una società di Boston chiamata Veritas Genetics si offre di sequenziare il genoma di chiunque per $ 999. E una delle cose che Veritas ti darà è un report sui tuoi geni spaziali. Hai la variante specifica di EPAS1 , comune ai tibetani, che ti permette di cavartela con meno ossigeno? Che ne dici della mutazione naturale che si traduce in muscoli enormi ed extra-magri, che potrebbero contrastare l'atrofia? Un'altra variante del DNA è associata a buone capacità di risoluzione dei problemi e bassa ansia. Questo è proprio il tipo di temperamento che ha reso possibile l'implausibile eroismo di sopravvivenza di Matt Damon Il marziano .

Saresti insolito se avessi una di queste mutazioni. E le probabilità sono miliardi contro uno che tu le abbia tutte. Ecco perché per riunirli tutti in un astronauta, l'astronauta perfetto, potremmo volerli aggiungere, probabilmente prima della nascita, e magari usando una tecnologia come CRISPR. George Church, la grande potenza genetica dell'Università di Harvard e futurista all-in che ha fondato Veritas, fa circolare un elenco simile di rare varianti genetiche protettive rilevanti per un ambiente extraterrestre. Chiamala una lista dei desideri.

Quale altro tipo di adattamento potremmo installare nella nostra razza di astronauti? Se lasci alcuni grandi elefanti su un'isola e torni 10.000 anni dopo, quello che troverai è un gruppo di piccoli elefanti. Si saranno adattati alla mancanza di superficie e alla scarsità di cibo. Il fenomeno è chiamato nanismo insulare. Sotto le cupole di Marte, anche più piccolo potrebbe essere migliore. Probabilmente non c'è molto spazio e ogni libbra di provviste che la NASA porta in orbita terrestre costa $ 10.000. Ciò significa che l'astronauta perfetto probabilmente non è solo due volte più forte della persona media, ma è grande la metà. (Church, che è 6'5', nota che una volta gli è stato detto dalla NASA di non preoccuparsi di fare domanda perché era troppo alto.)

Umani prototrofici

Portiamo le modifiche ancora oltre, come alcuni scienziati affermano che potremmo aver bisogno di farlo. Se stamattina hai mangiato cereali per la colazione, potresti aver guardato sul lato della scatola, dove c'è scritto cose come Vitamina C: valore giornaliero del 10%. I nutrienti e le vitamine essenziali elencati sulla scatola sono così chiamati perché il corpo umano non può produrli. Invece, dobbiamo mangiare organismi che lo fanno, come piante, funghi o batteri. Questi organismi sono classificati come prototrofi, nel senso che sintetizzano tutto ciò di cui hanno bisogno da ingredienti di partenza minimi come zuccheri semplici o ciò che è nel terreno.

Naturalmente, mangiare sassi sarebbe un'abilità piuttosto utile se vivessi su Marte. E penseresti che stavo scherzando se dicessi che gli scienziati stanno esaminando la cosa? Non sto scherzando. Nel 2016, Harris Wang della Columbia University ha tenuto un discorso intitolato Synthesizing a Prototrophic Human at a large incontro non verbale di biologi sintetici organizzato dalla Chiesa presso la Harvard Medical School. Potrebbe essere piuttosto interessante per i viaggi nello spazio, ha detto Wang al gruppo, se gli umani potessero sopravvivere con l'acqua zuccherata.

Nonostante il titolo del suo discorso, quando ho raggiunto Wang per telefono, voleva che tutti sapessero che in realtà non sta sintetizzando umani o astronauti e non ha piani per farlo. Mancano ancora molti, molti anni, se mai. Non voglio che si dica che sto creando persone verdi e non sto suggerendo di farlo presto. Ma sto suggerendo che se vuoi fare viaggi intergalattici, devi risolvere il problema dell'essere totalmente autosufficiente, dice. Stiamo mettendo gli esseri umani in condizioni molto estreme e da quel punto di vista questa sembra essere un'idea per un piano a lungo termine.

Wang dice che non è certo se il concetto possa funzionare. Nel suo laboratorio, i ricercatori stanno cercando di ottenere cellule renali umane per sintetizzare i nove aminoacidi che il nostro corpo normalmente non produce, a cominciare da quello più semplice, la metionina, prodotta aggiungendo un singolo gene. Se funziona, passerà al triptofano, alla fenilalanina e alle vitamine D, C e B. Complessivamente, la creazione di una cellula umana prototrofica richiederebbe circa 250 nuovi geni.

Creare astronauti in grado di produrre i propri nutrienti essenziali sarebbe ovviamente immensamente complicato. Tuttavia, per quanto sia complesso, potrebbe essere meno impegnativo delle alternative, come terraformare un pianeta o portare con sé un anello spaziale completo di atmosfera, piante e bestiame al pascolo sopra la testa. Wang mi ha detto che sarebbe anche interessante se i viaggiatori spaziali potessero eseguire la propria fotosintesi, trasformando la luce in cibo. Ma qualsiasi essere umano in grado di farlo difficilmente sarebbe umano, ammette. Per produrre abbastanza energia, una persona dovrebbe essere piatta come una foglia e delle dimensioni di un parco giochi.

La capacità di alterare il DNA di un embrione umano ha creato un dibattito globale sul fatto che sia giusto o sbagliato modificare geneticamente le persone qui sulla Terra, per migliorare la loro forma fisica per questo pianeta. Le persone hanno opinioni forti. Alcuni dicono che la specie umana non è un topo da laboratorio. No all'eugenetica!! No alle persone GM!! Altri dicono che potrebbe effettivamente funzionare, diamo un'occhiata.

Non ho la soluzione a questa domanda morale. Ma so che probabilmente dovremo rispondere prima di poter lasciare il pianeta.

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