生物学的宇宙競争：NASAの医師が遺伝子編集された宇宙飛行士の未来を明らかにする

「パー・アスペラ・アド・アストラ」。これは、ヴァージルのアエネーイスに由来する、宇宙機関によって、現実と架空の両方の意図の声明として採用されたフレーズです。 .しかし、宇宙に植民地化するために人体はどのような困難に耐えなければならないのでしょうか?

スコット・ケリーが宇宙で 340 日間過ごした後、地球に戻ってきたとき、彼の肌は燃えているように感じました。再入国時ではなく、後で座ったり、服を着たり、動いたりしようとしたとき。微小重力環境で 1 年近く過ごすと、それができます。国際宇宙ステーション (ISS) にいる間、ケリーの肌は重さを感じず、何も触れないことに慣れました。

他の宇宙飛行士と同様に、彼は家具をほとんど必要とせずに ISS を浮遊しました。彼は靴を履いておらず、衣服でさえぶら下がっているのではなく、体の周りを漂っていました。そのため、彼が家に帰ったとき、地球の重力に引っ張られて腕にかかっているシャツの袖は異質で、痛みさえありました。ケリー自身が飛行後の記者会見で言ったように、「宇宙に順応することは、地球に順応するよりも簡単です…」

1 年間にわたるミッションが 2016 年に終了して以来、ケリーは、地球の大気圏外に出たときに人体に何が起こるかを研究する科学者にとってモルモットになりました。宇宙飛行士の中でも珍しいケースです。 1 年の大半を軌道上で過ごしただけでなく、ケリーには一卵性双生児のマークがいます。 NASA は長期宇宙飛行の生理学的、分子的、認知的影響を研究する前例のない機会を得ることができました。

スコットは宇宙に行きました。完全な制御対象であるマークは、地球にとどまりました。兄弟はいずれも宇宙飛行士を引退していますが、画期的な双子の研究への貢献は続いており、宇宙が心臓、マイクロバイオーム、免疫系などにどのように影響するかについて豊富な情報を生み出しています。

宇宙機関や民間企業が人類を月や火星に送り返すことに真剣に取り組んでいるため、微小重力環境で長期間過ごすことの課題について学ぶことは不可欠です。火星へのミッションは 3 年間の旅になる可能性があるため、それを行おうとする人に何が起こるかを理解する必要があります.

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ケリー兄弟に突っ込んで突っついている科学者の一人は、双子の研究の主任遺伝学者であるクリストファー・E・メイソン教授です。コーネル大学のメイソンの研究室は、野心的であるとは言えません。その活動は、「地球、宇宙、その他の惑星で人類が存続するための 500 年計画」に基づいています。

宇宙飛行士に何が起こるかを研究するだけでなく、人間が星の中で暮らすための遺伝的基盤を築くことも含まれます。メイソンは、ヒトゲノムがバイオエンジニアリングされてほとんどすべての環境に適応し、宇宙の最果てを探索して定住できるようにする他の種の遺伝子で増強できる未来を思い描いています。

メイソンは真剣です。彼の新しい本、The Next 500 Years で、その方法を詳しく説明します。ここで、彼は私たちにこっそりと覗いてくれます...

それは 500 年後の未来です。それがどのように見えるかを絵に描いてください。

つまり、今から 500 年後、私たちは 2 つの重要なことを手に入れることになります。私はこれらを発見のツインエンジンと呼んでいます。 [1 つ目は] 行くべき太陽系外惑星の候補の良いリストです。過去 10 年間で、おそらく暑すぎず、寒すぎず、おそらく生き残ることができる数百の「ゴルディロックス」惑星を含む、数千の惑星がカタログ化されました。

今後 500 年以内に、他に何千、何万もの候補者がいると思います。その間の時間を利用して、大気のより優れた分光法と画像を取得し、そこに何があるかを把握してから、最適なものを選択することができます.

他に何がありますか?

2番目に起こることは、ヒトゲノムやその他のゲノムで多くの遺伝子を発見することです。これを使用して、健康を調節したり、治療法を設計したり、別の惑星への長い宇宙飛行で生き残ることができる生物を設計したりできます.

そして、それは人間の細胞だけではありません。もちろん、微生物細胞は、現在私たちが治療的に行っているように、製品を生産するように設計されます.長期にわたる宇宙旅行の悪影響を打ち消し、食料や燃料などの必要なものを生産できる遺伝子ツールキットを手に入れることができます。そして明らかに、キットに含まれるゲノムが多ければ多いほど、より多くのツールを作成できます。

もしかしたら、新しい推進手段もあるのでは?

その時、今から 500 年後、世代船があり、人々が新しい惑星の 1 つに向かう途中で、同じ宇宙船で生きて死ぬことができると提案しましょう。そうすれば、複数の太陽系に人間がいるでしょう。現在の推進方法でそこにたどり着くには、おそらく約 20 世代かかるでしょう。

この本のどこにも、今日まだ存在しない新しいものが開発されたとは思いません。それが間違っていることを願っています。たぶん、私たちはそれをはるかに速くしたり、時空を折り畳んだりする新しい核融合推進力を手に入れるでしょう.素晴らしいですね。

現在、私たちは人間をさらに宇宙に送り出すことに真剣に取り組んでいるようです.

ええ、私はそれが素晴らしい加速点に達しているとさえ思います.過去 60 年間に宇宙に送り出された物体の数を見ると、過去 2 年間で超指数関数的なペースに達したことは確かです。

温度や呼吸するための空気の不足などの明らかなことは別として、宇宙で多くの時間を過ごすことが体に非常に厳しい理由は何ですか?

重力の減少は、免疫系と血管系に大混乱をもたらします。これは課題であり、私たちにできることはあまりありません。 [the sci-fi show] The Expanse のように、回転するスペース プラットフォームや磁気ブーツを使用できます。 、しかしそれらはまだ実際には展開されていません。だから、それを回避する方法はありません。

ただし、体は短期的に反応するためにできる限りのことをします。多くの[宇宙飛行士]は、コルチゾールまたは免疫ストレスサインのスパイクを持っています.彼らは（宇宙に）起き上がり、彼らの体は本当に反応しています。とても不快です。最初の数日間は、非常に敏感な肌になることがよくあります。しかし、数日以内に順応します。

他に何が宇宙を危険にさらしていますか?

おそらく、健康の観点から最も重要なことは放射線です。地球の低軌道だけでなく、火星や月面ミッションに出かけたときの放射線です。これは本当に最大のリスクであり、分子データで確認できます。

損傷した DNA が尿に出ている兆候が見られ、血液にもそれが見られます。テロメア（本質的に染色体の末端を劣化や不必要な修復から保護するキャップ）と DNA の破損が見られます。これは、1 日あたり約 5 ～ 6 回の X 線に相当します。もちろん、人々が戻ってきているので、生き残ることはできますが、おそらく、1 日に 5 回の X 線検査を受ける必要はありません。

それが最大の危険であり、NASA と私たちのスタッフが最も心配していることです。そのため、放射線修復メカニズムを強化する薬学的な方法や、放射線にすでに適応している他の生物の遺伝子を使用する方法について考えることに多くの時間を費やしています.

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ケリー兄弟との仕事はどのように見つけましたか?厳密には仕事上の関係ですか、それとも友達になりましたか?

長い間、彼らは研究対象でした。ミッション中とその直後、たくさんのサンプリングを行っていたときは、非常に無干渉でした。テーマを研究している場合は、好きなだけビールを飲むべきではありません。

しかし、スコットとマークはどちらも現在引退しています。彼らはもはや NASA の職員ではなく、地球を歩き回っている退職者にすぎません。そこで、私たちはより多くのことを一緒に行うようになりました。学んだことについて話し合っています。

このすべてについてあなたが共有する好奇心を彼らは保持していると思います。

ええ、とても。そして、彼らは兄弟であり宇宙飛行士であるため、非常に競争力があります。私たちが最初の遺伝子配列決定データのいくつかを取り戻したとき、彼らは私に電子メールを送り、こう言いました。テロメアが一番長いのは誰?」それらは分子レベルまで競合しています。

スコットの体が受けた物理的な変化は、彼が地球に戻った後も長く続いていましたか?

一部の機能は数時間から数日で変更されました。たとえば、彼のテロメアは宇宙で長くなりましたが、[地球に戻って] 数日で短くなりました。脊柱の圧迫が不足しているため、宇宙空間での身長が 5cm 伸びました。それは数分でなくなりました。

代謝物（炎症を示す可能性のある血液中のかなり小さな分子）などの他の測定値は、飛行前のベースラインよりも数千パーセント高いなど、非常に高くスパイクしていました. 2、3 日後にはまた元に戻りましたが、とても痛かったです。しばらくの間、彼の足首はバスケットボールのサイズまで腫れました。本当に痛いです。

宇宙で時間を過ごすのにより適したものになるように、自分自身のバイオエンジニアリングを開始するにはどうすればよいでしょうか?

私たちは、すべての生物が学んだ進化の教訓を、人類のための私たち自身の教訓計画の一部として利用しなければならないと思います.私が言いたいのは、他の生き物が過酷な環境で生き残ってきたということです.

したがって、地球上のこれらのさまざまな生物は、大量の放射線、高温と低温、塩分に対処する興味深い方法を見つけました。そして、それらは、私たちが展開できる適応のフィールドガイドとして役立つと思います.放射線に耐性のある生物が作ったタンパク質だとしましょう。インスリンを増やす方法のように、それを治療法として使用できます。一部のがん治療や抗体治療もこの方法で行われます.

しかし、それはまた、他の種からの遺伝子を用いたヒトゲノム編集の可能性を高めます.

はい。ヒトゲノム編集は、非常にゆっくりと慎重に、理想的には何世代にもわたって行いたいものです。私は自分の著書に、何世代にもわたって臨床試験が行われたことは一度もないと書いています.

これを行った観察研究があります。しかし、人間のゲノムに何か手を加えるとしたら、実際には、何も台無しにしないことを確認するために、おそらく 3 世代にわたる研究が必要になるでしょう.

そして、私たちがその自信を持つのは、第 3 世代の終わりになってからでしょうか?

2世代後、寿命や病気の変化、または明らかな奇形の明らかな兆候が見られない場合、少なくともより多くの人に展開できることはかなり安全だと思います.これは、私たちが話しているように、細胞を操作して多くの患者に注入していますが、今後 5 年または 10 年で行うことではありません。

それで、他の生物の遺伝子の買い物リストを持っていますか?「それがあればいいな」と思いますか?

私たちは多くの生物をスクリーニングして、どの極限環境微生物が宇宙 (ISS で、そこで適応した生物の論文を発表しました) または地球上の特定の場所で生き残ることができるかを確認している最中です。

エクストリーム マイクロバイオーム プロジェクトと呼ばれるものがあります。私たちは、原子力発電所の冷却水など、極端な生物が見られるさまざまな場所をすべて分類しようとしています。私たちはまだ非常に多くの生物を発見しています。これは、可能性のある遺伝子の発見と増加の継続的なプロセスです。

これらの遺伝子を厳選して、治療に使用したり、何らかの方法で実際に移植したりできるようになるまで、どれくらいの距離がありますか?

一部の遺伝子については、それが機能していることをすでに示しています。現在レビュー中の論文があり、免疫細胞、少なくともクマムシの遺伝子でうまく機能することを示しています.しかし、私の知る限り、これらの外来遺伝子が人間に組み込まれることは、細胞培養以外では試みられていません.

しかし、これまでに行われたことは、遺伝子操作された T 細胞にも注目したことです [T 細胞は白血球の一種で、免疫系において重要です]。人のすべての細胞を改変しているわけではありませんが、基本的には T 細胞を取り出して遺伝子改変し、治療目的で元に戻しています。これは実際、現在多くの免疫療法で非常に一般的な特徴です.

ザ・エクスパンスを見たことがありますか ?

はい。私はちょうどその本を手に入れました。最初に番組を見たかったのですが、まだ本を読んでいません.

植民地化された太陽系がどのように見えるかを鮮やかに想像したように私を襲った.どう思いましたか?

人間には能力があり、私たちが太陽系に定住したこのほぼ必然的な未来があるという概念が大好きです。 「植民地」という言葉は、歴史的な重荷のために人気を失いました。しかし、私はこのコンセプトが大好きです。なぜなら、それが実現することを本当に望み、信じているからです.

私が問題にしていることはこれです.社会学的または政府間の進歩はまだないようです.私たちはいつものようにささいで部族的で裏切り者です.たぶんそれはより正確です。何千年も前を振り返ると、文化が拡大して「クンバヤ」の瞬間があり、すべてが順調だった例は一度もありません.

しかし、私たちがその段階に到達した場合、[私たちも]人々のためのより高度な哲学的および社会学的フレームワークを持っていることを願っています.しかし、私は楽観的すぎるかもしれません.

あなたが正しかったとしたらいいですね。

ええ、そしてあなたはスタートレックのようなものを手に入れます 、すべての人類が団結し、私たち全員が一緒に探検している場所です。 スタートレック 、[人間] がエイリアンに遭遇するまで、人類は核を形成し、「まあ、私たちは皆一緒にいる」と言いました.

宇宙探査に関する政治的および倫理的な問題を提起すると思いますか?

ええ、本で私が話しているのは、この細胞の自由、さらには惑星の自由のアイデアです.細胞を操作する場合は、太陽系、または最終的には宇宙のどこにでも移動できるようにする必要があります。さまざまな場所での生活を可能にする生物学の側面を有効にしたいと考えています。

それぞれの環境に合わせた遺伝的衣装のようなものですか?

ええ、よりモジュール化されているので、必要に応じて場所を移動できます。

最後に 1 つ。ニューラリンクの男が出てきて、ジュラシック・パークを作る技術があると言ったのを見ましたか? .彼は正しいですか?

ご存知のように、ケナガマンモスのクローンを作成し、ゾウの胚に移植する蘇生・復元プロジェクトがあります。私たちはジョージ・チャーチと協力しています。

その場合、完全に無傷のゲノムを持つ完全に保存された全血細胞が得られます。ですから、恐竜でも同じものが手に入るなら、試してみてください。それがないと、本当に大変なことになります。とはいえ、なかなか大変ですよね。ありえない部類に入ると思います。でも面白い。

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私たちの専門家、クリストファー・E・メイソン教授について

彼の著書、 The Next 500 Years (MIT Press) がリリースされました。

• この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 364 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら