Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

его кровь в 2020 г., оказалось, что показатели VAF не только вернулись к дополетным значениям, но и превысили их. Кроме того, у Марка Келли были обнаружены иные мутации, менявшиеся с другой скоростью. Иными словами, векторы развития мутаций в крови у близнецов отличались. Когда в 2020 г. я представил эти мутации обоим астронавтам, последовал вопрос: «А можно их просто вырезать с помощью CRISPR?» На что мне пришлось ответить: «У мышей да, но у людей… пока нет».

Вот лишнее подтверждение, почему так важен глубокий и непрерывный мониторинг астронавтов для создания основы сравнения результатов новых исследований, а также тщательного тестирования методов редактирования генома. Создание геномной защиты для космоса в первую очередь требует выяснения, что может пойти не так (например, клональная селекция мутаций, вызванных облучением), как это обнаружить (постоянный мониторинг VAF), как вмешиваться в процесс (генетическое редактирование для устранения мутаций или клеток, которые успели мутировать) и когда вмешиваться (если мутация повышает риск онкологии и т. п.). В идеале эти механизмы защиты должны быть профилактическими, а не реактивными и осуществляться при помощи лекарств и пищевых добавок, например витамина C, о котором мы упоминали. Также может применяться высокоспецифичное генетическое или эпигенетическое редактирование в контексте конкретной миссии.

За пределами Земли

Описанные параметры клонального гемопоэза и даже реакция организма Скотта Келли на годичное пребывание на МКС зафиксированы в условиях действия земной магнитосферы. Когда мы двинемся в отдаленные части Солнечной системы и за ее пределы, риски возрастут. Если астронавт проведет год на Марсе, то получит дозу около 250 мЗв, а за 30-месячный путь к Марсу и обратно экипаж получит дозу примерно 1200 мЗв[16]. Конкретная доза радиации рассчитывается исходя из общей мощности галактических космических лучей, приходящих к нам от давно погасших далеких звезд, а также от протуберанцев нашего Солнца, активность которых во многом определяется 11-летним циклом. Эта активность хорошо заметна на поверхности светила по количеству солнечных пятен.

Ожидаемая доза облучения, которая будет получена всего за одну марсианскую экспедицию, приближается к совокупной дозе, которая по стандартам NASA считается допустимой для астронавта (сегодня она рассчитывается с учетом возраста и пола). Кстати, эти ограничения основаны на результатах исследования выживаемости тех, кто пережил атомные бомбардировки в Японии. На момент формирования описанных оценок данное исследование было наиболее полным анализом долгосрочных последствий сильного радиационного облучения, перенесенного человеческим организмом. Считается, что женщины сильнее мужчин рискуют заболеть раком в результате облучения. Такие выводы были сделаны не только на основе сравнительного анализа онкологий, возникающих в типично женских и мужских тканях (например, при сравнении рака молочной железы и яичников и рака простаты), но и изучения рака легких, риск которого у женщин в два-три раза выше, чем у мужчин. Правда, это исследование далеко не идеально с точки зрения оценки рисков облучения в космическом полете.

Приведу пример: совокупный предел для 25-летней женщины (1000 мЗв) ниже, чем для ее ровесника-мужчины (1500 мЗв) (рис. 5.1). Максимальное совокупное облучение с возрастом увеличивается, так как организму требуется больше времени для восстановления, а остаток жизни, естественно, сокращается. Например, совокупная доза облучения для 55-летних женщины (3000 мЗв) и мужчины (4000 мЗв) гораздо выше, чем для молодых астронавтов, и это опять же указывает на разницу эффектов в зависимости от продолжительности облучения при одной и той же дозе радиации. В настоящее время проводятся дополнительные исследования для уточнения этих моделей. Так, в Национальных институтах здравоохранения реализуется программа Million Person Study. Благодаря этим инициативам мы сможем лучше понять долгосрочные последствия для здоровья в условиях длительного облучения низкими дозами радиации. Естественно, наилучшими субъектами для сравнения являются сами астронавты, более подробную информацию о которых мы получим на этапе 3 (2041–2100 гг.), особенно в процессе расширения орбитального туризма и все более длительных экспедиций под эгидой NASA и других космических агентств.

Но дозы радиации, полученные жителями Хиросимы, Нагасаки и астронавтами, работающими на низкой околоземной орбите, меркнут в сравнении с дозами, которые будут получены в более далеких экспедициях, например к Европе, спутнику Юпитера. Юпитер обладает таким мощным гравитационным полем, что его магнитосфера может поспорить с солнечной. Юпитер захватывает частицы, которые концентрируются у полюсов, ускоряются и обрушиваются на ближние спутники. Всего за один день на льдистой поверхности Европы астронавт получит 5500 мЗв. Для сравнения: гемопоэз (процесс кроветворения в костном мозге) практически останавливается при 500 мЗв, а доза в 5000 мЗв вызывает катаракту. Таким образом, проведя всего сутки на поверхности Европы, человек рискует с 50 %-ной вероятностью умереть в ближайшие 30 дней. Конечно же, нам нужна защита.

Мы не спроста интересуемся планетами (и спутниками). Небесные тела хороши прежде всего тем, что накрывают нас своим «зонтиком», обеспечивая защиту от космического излучения практически даром. Планета, на которой вы стоите, закрывает вас от облучения снизу, так как радиация сначала должна преодолеть ее толщу[17]. Кроме того, планета укрывает вас атмосферой и позволяет спрятаться под поверхностью, в туннеле. Если же внешние средства защиты недоступны или неидеальны, то остается полагаться на защиту внутри организма – в глубине клеток, на уровне генов.

Защищаемся от радиации на уровне генов

Как было показано в главе 4, уже известные нам факты о механизмах генетической защиты (и субстратах для них) подсказывают: генетическую защиту можно заимствовать у любого организма, будь то избыточные копии гена p53 у слона или ген Dsup у тихоходок. Также мы продолжаем учиться у экстремофилов и перенимать их уникальные адаптивные стратегии, которые, несомненно, вдохновят нас на прямую адаптацию к жестким экосистемам (в том числе инопланетным), порой немыслимым сегодня. Уроки, усвоенные в ходе прежних, нынешних и будущих космических экспедиций, помогут нам лучше понять, как человеческий организм реагирует на космические полеты, а в дальнейшем укрепить уже известные сегодня механизмы защиты от радиации.

Первый идеальный контур генетической радиационной защиты будет возводиться на основе инженерии генов TP53 и Dsup. Как уже говорилось, для этого потребуются специфичные исследования генной инженерии и компенсации дозы. Так мы сможем обеспечить радиационную устойчивость, избежав негативных последствий, которые могут возникнуть из-за чрезмерной экспрессии TP53 в клетке. Как только будет получена идеальная регулирующая структура, которая позволяет управлять общим уровнем и временем экспрессии, появится возможность добавлять один за другим новые гены – по одному за итерацию – и проверять, как на это реагирует клетка. Устойчивость к радиации могут обеспечивать и многие другие гены, часть из которых еще только предстоит открыть в природе, а какие-то удастся выявить, отслеживая активность клеточных механизмов у астронавтов во время полета. У Скотта Келли, например, в период годичной экспедиции серьезные изменения наблюдались почти в 8600 генах. Любые из этих генов, равно как и любые метаморфозы из этого списка, потенциально могут обеспечить радиационную устойчивость, начиная с репарации ДНК, удаления свободных радикалов и заканчивая оптимизацией механизмов и путей упаковки ДНК.

Однако, как показал Twin Study, в период космического полета активировались многие биохимические пути, связанные с теломерами, включая их длину, упаковку и поддержание. Хотя укорачивание теломер – характерный признак старения, это свойство сильно варьирует у разных людей, и пока неясно, к чему приведет модификация этих генов: к дополнительной защите или к опасным последствиям, например к раку. В период с 2021 по 2040 г. (этап 2) должно пройти масштабное тестирование этих генов и выбор наиболее перспективных кандидатов на роль «геномных протекторов» на этапе 3 (с 2041 по 2100 г.).

Дэвид Синклер в ходе исследований выявил новые гены, способствующие долголетию. Один из таких генов – SIRT1, кодирующий белок сиртуин-1. Скорее всего, если просто повысить экспрессию SIRT1 во всех клетках организма, это даст негативный эффект, особенно в подгруппах Т-хелперов, где ухудшается дифференциация клеток. Таким образом, если этот ген будет выбран в качестве мишени для модифицирования, его экспрессия должна быть контролируемой, специфичной в определенных клетках. Для гена SIRT1, как и для рассмотренного ранее CCR5, характерна плейотропия. Этот ген в принципе требует высокоспецифичного «тропизма» при нацеливании на работу в конкретных тканях, чтобы обеспечить варьирование уровня экспрессии в зависимости от типа клеток. Тропизм – это направление или наведение биоматериала в ответ на внешние стимулы. На клеточном уровне такой механизм подобен GPS. Например,