Mivel a NASA most már éveken belül tervezi elindítani az emberes Hold- és Mars-küldetéseket, ráadásul a kínai űrügynökség (CNSA) is rákapcsolt az égitestek közötti utazások előkészítésére – és akkor az űrturizmus hajnaláról még nem is beszéltünk –, egyre fontosabb szerepe van az olyan kutatásoknak, amelyek az űrutazás emberre gyakorolt hatásait vizsgálják.

A Földön és a világűrben értelemszerűen más környezetben találja magát az emberi test, amihez nem könnyű alkalmazkodnia: a gravitáció hiányában a gerincoszlop csigolyái eltávolodnak egymástól, így akár 3–7 centiméterrel is nőhet az adott űrhajós magassága, a súlytalanságban megváltozott vérkeringés hatására pedig többek között a vese kalciumkiválasztása is fokozódik, amit a szervezet a csontok és az izmok leépítéséből pótol.

A csontritkulást és izomsorvadást egy speciális, intenzív edzésprogrammal ellensúlyozni lehet, de a gravitáció hiányán túl még számos más tényező gyakorol negatív hatást az emberi szervezetre az űrben. Az elszigeteltség és a bezártság depresszióhoz és alvászavarokhoz vezethet, majd az immunrendszer gyengülésével újraaktiválódhatnak a szervezetben lappangó vírusok is. A rákos megbetegedések kockázatát növelő kozmikus sugárzástól a Nemzetközi Űrállomás (ISS) magasságában még pajzsként védi a Föld az embereket, de messzebbre merészkedve már ez a védelem is megszűnik.

Az elmúlt három évben kimutatták, hogy az űrbéli tartózkodás során megváltozik az ember DNS-e, hogy milyen változásokat okoz az agyban az űrutazás (többek között a mozgás és a látás romlását eredményezve), hogy az űrben megzavarodnak a mitokondriális funkciók, valamint hogy a hosszú űrutazások a szív összezsugorodásához is vezethetnek.

Miközben a NASA, a SpaceX vagy a CNSA az ember Marsra juttatásának technikai kivitelezésén dolgozik, arra sem árt felkészülni, hogy az űrhajósok miként élhetik túl a minimum hónapokig tartó utazást, hogy aztán egy másik bolygó fizikai és biokémiai körülményeihez is alkalmazkodni tudjanak.

A Cornell Egyetem genomika- és biofizika-professzora, a NASA-val is együttműködő Christopher E. Mason kutatóközpontja ezért egy meglehetősen ambiciózus tervet állított maga elé: egy 500 éves tervet igyekeznek felvázolni arra, hogy az emberi faj miként élhet tovább a Földön, az űrben, illetve más bolygókon. A terv egyik központi eleme a génszerkesztés, Mason szerint ugyanis a jövőben elengedhetetlen lesz, hogy az emberi genom bütykölésével alkalmazkodjunk majd a különböző világok környezeti adottságaihoz.

A kísérleti ikerpár és a következő 500 év

Masonék kutatásainak központjában a NASA 2015-ben indított ikerprogramja áll: az 1964-es Scott Kelly ekkor 340 napot töltött a Nemzetközi Űrállomáson, miközben egypetéjű ikerpárja, Mark (aki korábban maga is ötször járt az űrben) a Földről követte testvére űrbéli kalandjait. Scott visszatérése után alapos összehasonlító vizsgálatoknak vetették alá az ikerpárt, majd kiderült, hogy bár a környezetváltozásból fakadó legtöbb probléma néhány napon vagy héten belül megoldódott, Scott Kelly DNS-einek 7 százalékában tartós változást észleltek, és az űrben kialakult, számos különböző betegségnek kaput nyitó mitokondriális diszfunkciók is megmaradtak.

„A következő 500 év” című új könyvében Mason arra vállalkozott, hogy felvázolja az emberiség Földön túli jövőjét, különös tekintettel arra, hogy hol és hogyan élhetnek majd az emberek a világűrben tapasztalt eltérő környezetekben. A kutató szerint ennek két fontos tényezője van: az élhető exobolygók felfedezése, valamint az emberi genom egyre pontosabb feltérképezése, annak szerkesztési lehetőségeivel együtt.

„Számos olyan gént fogunk azonosítani az emberi genomban és más genomokban, amit az egészségünk szabályozására használhatunk, és amelyek segítségével különböző gyógymódokat alakíthatunk ki, vagy úgy módosíthatjuk őket, hogy a szervezet túléljen egy hosszú űrutazást és egy másik bolygón való tartózkodást is” – mondta a BBC-nek Mason. Így az emberi sejteken túl mikroorganzimusok szerkesztésére is lehetőség nyílik, ami biztosítja az élelmiszerek vagy az üzemanyagok biztonságos ellátását.

Az immunrendszer és a vérkeringés felfordulása a különböző gravitációs környezetekben elkerülhetetlen, ezt legfeljebb olyan technológiákkal lehetne megoldani, amelyek egyelőre csak sci-fikben láthatók: forgó modulokkal felszerelt űrhajók vagy mágneses űrcsizmák. Ezeknél is nagyobb problémát jelent azonban a kozmikus sugárzás, amelynek káros hatásait már most is látják a kutatók a molekuláris adatokban, pedig a vizsgált űrhajósok csak a sugárzástól viszonylag védett alacsony Föld körüli pályán mozognak.

A kromoszómát alkotó DNS-szál végein található védősapkák, a telomerek károsodását az űrhajósok vizelet- és vérmintáiban is megfigyelték, és az adatok Mason szerint nagyjából olyan mértékű sugárzást jeleznek, mintha hosszú távon naponta 5-6 röntgenfelvételt készítenének róluk.

Medveállatka-emberek és az univerzális sejtszabadság

„Azt gondolom, hogy azokat az evolúciós leckéket kell megtanulnunk, amiket minden más élőlény megtanult: hogyan kell túlélni kíméletlen környezetekben. A Földön számtalan különböző organizmus megtanult már alkalmazkodni a magas sugárzáshoz, a szélsőséges hőmérsékletekhez, a sós vízhez. Ezekből az adaptációs folyamatokból sokat tanulhatunk” – mondta Mason. Ha például egy élőlény olyan fehérjéket termel, amelyek segítik a szervezetét a sugárzásnak való ellenállásban, akkor azokból akár gyógyászati készítményeket lehet előállítani – hasonlóan az inzulin előállításához, vagy a különböző rák- és antitestterápiák folyamataihoz.

Nem véletlenül küldenek fel annyiféle különböző élőlényt a Nemzetközi Űrállomásra: olyan biológiai jeleket keresnek, amelyek lehetővé teszik a szélsőséges körülményekhez való alkalmazkodást. Ugyanez a lényege az Extreme Microbiome Project nevű programnak is, amelyben a Földön kutatják azokat az élő organizmusokat, amelyek akár egy atomreaktor hűtővizében is eléldegélnek. A cél, hogy azonosítsák az adaptációért felelős géneket, hogy azokat majd egyszer az emberi genomba építhessék.

Azt persze Mason is kiemeli, hogy mindez nem a következő tíz-húsz évben történik meg: bár még sosem végeztek generációkon át tartó klinikai vizsgálatot, az emberigenom-szerkesztésnél elengedhetetlen lesz legalább három nemzedéken keresztül vizsgálni a hatásokat. „Ha két generációt követően nincs egyértelmű jele a génszerkesztés káros hatásainak, akkor azt gondolom, hogy viszonylag biztonságosan alkalmazhatjuk a módszert.”

Kísérletek már folynak erre vonatkozóan, persze egyelőre leginkább laboratóriumi sejtkultúrákban. A különösen szívós, akár egy atomcsapást is túlélni képes medveállatkák génjeivel megerősített emberi immunsejtek például az első vizsgálatok alapján működőképesnek tűnnek, de nagy szerepet kaphat a T-sejtek szerkesztése is: az immunrendszer működésében fontos szerepet betöltő fehérvérsejteket először eltávolítják a szervezetből, genetikailag módosítják, majd visszahelyezik őket az emberbe.

A génszerkesztés azonban olyan társadalmi problémáknak is teret adhat a távolabbi jövőben, amelyeknek nem az egészséghez, hanem inkább a szabadságjogokhoz van közük. A sejtszabadság kérdését így írta le Mason: „Ha egy ember genomján szerkesztést hajtanak végre, azt úgy kell megtenni, hogy bárhová mehessen a Naprendszerben, vagy majd később az egész univerzumban. Olyan biológiai változásokat kell eszközölni, amelyek lehetővé teszik a különböző környezetekben való túlélést.” Vagyis Mason moduláris formában képzeli el a génszerkesztést, hogy az embereket ne lehessen egyfajta beállítással röghöz kötni egyetlen bolygóra.

Arra a kérdésre, hogy addig is, rövidebb távon milyen projektre érdemes figyelni, ha a génszerkesztés és a biotechnológia fejlődését szeretnénk követni, Mason a Revive & Restore nevű szervezet tevékenységét ajánlotta mindenki figyelmébe: a nagyszabású projektben nemcsak a veszélyeztetett fajok megőrzését kívánják elérni genetikai technológiákkal, de olyan kihalt fajokat is megpróbálnak feléleszteni, mint a gyapjas mamut.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: