NASA by mohla upravit DNA astronautů letících na Mars

- Technologie autor: Ladislav Loukota

Z aktuálních raketových milníků se může zdát, že nás od cesty k Rudé planetě dělí jenom několik málo let. Vědci americké NASA si to však nemyslí. Elon Musk a jeho SpaceX sice slibují let k Marsu na rok 2024, NASA však mluví nejdříve o druhé polovině 30. let, tedy až za dvě desetiletí. Bude totiž ještě potřeba vyřešit hodně otázek. S jedním z největší problémů – radiací – by však možná mohlo pomoct i genetické inženýrství.

Navržená podoba martaské mise z dílny Lockeed Martin

Navržená podoba martaské mise z dílny Lockeed Martin,zdroj: Lockheed Martin

O podobném řešení se spekulovalo již delší dobu, na nedávné konferenci Codex Innovation jej však nadhodil jako možnosti i Douglas Terrier, hlavní technologický ředidel NASA. Není však třeba bít kvůli tomu na poplach. Titulky v médiích by snad vyvolávaly dojem, že agentura plánuje vývoj úpravy DNA v brzké době a bez ohledu na kritiky – ve skutečnosti ovšem Terrier o úpravě DNA mluvil jenom jako o potenciální možnosti, která by měla i svá úskalí. 

"Zabýváme se celou škálou možností," řekl Terrier pro britský deník The Times, "Od farmakologických, které působí slibně, až po extrémní nápady od modifikace epigenetiky a přímou genetickou modifikaci. Ty samozřejmě vedou k celé řadě etických důsledků, takže jsou pouze ve fázi experimentálních myšlenkových cvičení." Jinými slovy, i kdyby NASA nyní vývoj podobných řešení zahájila, reálná aplikace by stejně dobře dvě desetiletí zabrala. 

Jaká je však předběžná šance na to, že by genetické modifikování DNA mohlo skutečně pomoct? Nedala by se najít jiná, méně invazivní řešení? A proč je vlastně radiace tak nepřekonatelný problém, že by kvůli ní bylo nutno "hrábnout" do DNA posádky? 

Kosmické záření bude pro astronauty na meziplanetární misi skutečně největším ohrožením. Platí to jak co do extrémních projevů, jako jsou sluneční erupce, tak i relativně méně škodlivých, avšak trvale účinkujících částic kosmické záření na vesmírném pozadí.

Na Zemi nás před oběma (povětšinou) chrání magnetosféra generovaná geodynamem v zemském jádru. To se v kosmu vytváří špatně. Dalším možnosti pozemské ochrany před radioaktivitou – například vznikající v jaderných reaktorech či termojadernou detonací – je pak ochrana hutnou clonou z vody či betonu. 

Není dokonalých řešení

Podobné "primitivní řešení" v podobě hutného trupu bychom samozřejmě mohli aplikovat i v kosmu. Před částí záření již dnes chrání astronauty tenké aluminium či polyetylen. Pro ochranu před nejsmrtelnější porcí záření by však bylo nutno tloušťku trupu zmnohonásobit. Takový plán by ovšem z ekonomického hlediska byl leda tak špatným vtipem. 

Vynést do vesmíru každý gram materiálu je totiž drahý špás – v éře raketoplánu se cena za vynesení jednoho kilogramu pohybovala kolem 20 tisíc dolarů (necelých půl milionu korun). Levnější nosiče tuto sumu srazily zhruba na třetinu sumy. Panuje naděje, že by trend mohl pokračovat. I pokud se podaří plně recyklovat nosiče Falcon 9 společnosti SpaceX, cena jednoho kilogramu by mohla dle optimistických odhadů klesnout někam na 400 dolarů. 

Ani to by ovšem nezaručovalo rentabilitu vynesení stovek tun materiálu navíc. Čím těžší marťanská loď navíc bude, tím více paliva bude potřeba pro její urychlení. To by vynášený náklad dále navýšilo. Relativně triviální otázka ochrany před radiací se tím stává Achillovou patou celého letu, protože pořádná ochrana by program extrémně prodražila a oddálila.

Existuje několik řešení, která problém tak trochu obcházejí. Dnes očekávaný design u lodi BFR společnosti SpaceX například počítá s tím, že posádka bude mít pouze velmi omezený radiační úkryt uprostřed lodi, kde se po omezený čas ukryje před případnou solární erupcí. To by bez přílišného zvýšení váhy lodi bylo možné, ale neřeší to konstantní kosmické záření.

Nabízejí se i další možnosti – nerealizovaná mise Inspiration Mars chtěla například ve stěnách svého nafukovacího habitatu skladovat vodu a výměšky posádky (odděleně). To by část záření dále odstínilo.

Vlastní magnetosféra

Na obzoru jsou i některé možné exotické kompozitní materiály či dokonce umělý magnetický štít. Ten by mohl posádce poskytnout ochranu podobně jako pozemská magnetosféra. Na experimentálním vývoji komponentů pro podobné zařízení pracuje spolu s NASA i CERN .

Prozatím však zůstává umělá magnetosféra nepraktická krom své vysoké hmotnosti zejména pro své extrémní energetické požadavky. Plavidlo by totiž pro spuštění štítu muselo disponovat jaderným reaktorem, což je z hlediska jednoduché ochrany posádky před radiací poněkud nešťastné řešení. Navíc je dnes tvorba umělé magnetosféry stále především hypotetická. Jinými slovy, prozatím to neumíme. 

Co do konvenčních i experimentálních nápadů pro ochranu před zářením tak platí, že není dokonalých řešení. 

Cena vs. výkon

Vzhledem k nejrůznějším inženýrským a ekonomickým problémům tak zaznívá i možnost, že se ochrana před radiací nakonec jednoduše nebude moc řešit – pro posádku bude vystavení záření možná prostě nezbytným rizikem. Názory tohoto druhu vyznává například aeronautický inženýr a velký proponent pilotovaného letu na Mars Robert Zubrin.

Z hlediska průzkumnické mise snad může jít ještě o potenciální řešení, lidé jako Elon Musk však chtějí Mars kolonizovat. A v takovém scénáři by už celoživotní vystavení záření mohlo po čase ohrožovat i tak základní lidské funkce, jako je rozmnožování. Bez nějaké formy ochrany se proto časem neobejdeme. 

Nakonec, ochrana před radiací je jenom pomyslnou špičkou ledovce zdravotních problémů astronautů. Studie DNA astronauta Scotta Kellyho, který strávil ve vesmíru necelý rok, odhalila celou řadu potenciálně škodlivých vlivů vesmírného prostředí na náš genom.

Radiace by mohla ovlivnit schopnosti pilotovat

Jedním z problémů krom poškození vyšší radiací bylo i snížení metylace DNA – tedy procesu, který běžným buňkám sděluje, že se mají stát nervovou buňkou. To potenciálně destabilizuje genom organismu. 

Celkovou obavou přitom není ani tak možnost, že by astronaut dlouhodobý pobyt v kosmu kvůli přílišném záření nepřežil. Zdravotní komplikace by však mohly negativně ovlivnit jeho letové schopnosti, jako například pilotáž, což by rizika mise již zvýšilo.

Dlouhodobě by pak měl i vyšší šance na rozvoj rakoviny. Nikoliv náhodou se od Kellyho mise mluví o tom, že by astronauti měli dostat stejný veteránský důchod jako válečně nasazení vojáci… 

Inspirace "nesmrtelnými" želvuškami

Možné genetické modifikace – kdy by došlo "pouze" na zásah do DNA posádky – jsou tak nakonec v poměru cena vs. výkon dost možná tím nejrozumnějším řešením. Obejdou se totiž bez extrémně drahých stovek tun materiálu navíc i bez komplikovaného magnetického štítu. Loď samotnou nevyjdou ani na gram navíc. 

Pro inspiraci by vědci NASA mohli vyrazit k želvuškám. Tito milimetr velcí bezobratlí živočichové dovedou přežít tisíckrát silnější radioaktivitu než lidé. Jejich DNA je samozřejmě podstatně jednodušší, pomáhá jim však také schopnost produkce unikátního proteinu, který DNA před radiací chrání.

Loni v září japonští vědci gen odpovědný za produkci proteinu již zkusmo přenesli na lidské buňky – ty ve výsledku prokázaly o 40 procent menší poškození v důsledku záření. Není vyloučené, že se může podařit najít i další geny, které by posádku chránily před negativním vlivem stavu beztíže a dalšími neplechami.

Nutno dodat, že naše možnosti genové editace jsou doslova den ode dne lepší – nejnověji například i díky zpřesněnému editoru CRISPR 2. 

Studie nákladné jako vynášení tun materiálu

Genetické studie přenosu podobných genů na lidi se nakonec samozřejmě mohou prodražit stejně tak, jako vynášení desítek tun navíc na oběžnou dráhu. Křišťálovou kouli nemáme. Je klidně možné, že by genová editace pro ochranu před zářením při přenosu na savce mohla mít negativní vliv na zdraví – stejně tak je možné, že takový vliv mít nebude. Naše DNA je plné řady "přebytečných" genů, které si s sebou vláčíme ještě z dob našich předchůdců. 

V součtu však působí modifikace DNA jako řešení radiace mnohem elegantněji a co do filozofie kosmických letů i logičtěji. Ve starších vizích letů k jiným světům totiž musela posádka kosmické lodi draze a náročně budovat ideální "repliku" pozemského prostředí na své lodi v hlubokém kosmu.

Namísto toho, aby se člověk přizpůsobil novým podmínkám kosmických dálav, snažil se je naopak připodobnit Zemi. Drtivá většina vesmíru ale podmínkám na Zemi neodpovídá. Chceme-li proto jednou být meziplanetárním druhem, možná je pomalu na čase, aby se člověk naopak sám začal přizpůsobovat kosmickému prostředí.

Tagy: NASA cesta do vesmíru genetická modifikace mise na Mars Vesmír dobývání vesmíru

Zdroje: vlastní