Учёные объявили войну космической радиации
Консорциум учёных из 29 организаций по всему миру, включая специалистов из NASA, составил стратегию по повышению радиорезистентности человека, чтобы космическая радиация не препятствовала человечеству в покорении космоса и колонизации Марса. В ней рассматривается несколько направлений для будущих исследований по защите космонавтов от облучения, включая лекарственную терапию, генную инженерию и технологию гибернации. Авторы также замечают, что радиация и старение убивают организм схожими методами и предполагают, что способы борьбы с одним могут действовать и против другого. Статья с боевым девизом в названии «Viva la radioresistance!» («Да здравствует сопротивление радиации!») была опубликована в журнале Oncotarget.
«Ренессанс космонавтики вероятно приведёт к первым человеческим миссиям на Марс и в глубокий космос. Но для выживания в условиях повышенной космической радиации людям придётся стать более устойчивыми ко внешним факторам. В этой статье мы предлагаем методологию достижения повышенной радиорезистентности, стрессоустойчивости и устойчивости к старению. В процессе работы над стратегией мы собрали ведущих учёных из России, а также из NASA, Европейского космического агентства, Канадского радиационного центра и более чем 25 других центров по всему миру. На Земле тоже пригодятся технологии радиорезистентности, особенно, если "побочным эффектом" будет здоровое долголетие», - комментирует Александр Жаворонков, адъюнкт-профессор МФТИ, главный исполнительный директор «Инсилико».
Космос против человека
Иллюстрация. Человек беззащитен перед опасностями космоса: солнечное облучение, галактические космические лучи, магнитные поля, радиоактивная среда Марса, радиационный пояс Земли, микрогравитация (невесомость). Дизайнер - Елена Хавина, пресс-служба МФТИ
«В космических масштабах наша планета - всего лишь небольшой корабль, неплохо защищенный от космического излучения. Магнитное поле Земли отклоняет солнечные и галактические заряженные частицы, тем самым существенно снижая уровень радиации на поверхности планеты. При дальних космических полётах и колонизации планет с очень слабыми магнитными полями (например, Марса) такой защиты не будет, и астронавты и колонисты будут подвергаться постоянному воздействию потоков заряженных частиц с огромной энергией. Фактически космическое будущее человечества зависит от того, как мы преодолеем эту проблему», - делится заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна, профессор РАН, сотрудник лаборатории разработки инновационных лекарственных средств МФТИ Андреян Осипов.
Человечество со всей серьёзностью нацелилось колонизировать Марс: SpaceX обещает доставить человека на красную планету уже в 2024 году, однако некоторые существенные проблемы до сих пор не решены. Так, одной из основных опасностей для здоровья космонавтов является космическая радиация. Ионизирующее излучение повреждает биологические молекулы, в частности, ДНК, что приводит к различным нарушениям: нервной системы, сердечно-сосудистой системы и, главным образом, к раку. Учёные предлагают объединить усилия и, используя последние достижения биотехнологий, повысить радиорезистентность человека, чтобы он мог покорять просторы глубокого космоса и колонизировать другие планеты.
Человеческая оборона
Иллюстрация. Способы повышения радиорезистентности: 1) Генная терапия, мультиплексная генная инженерия, экспериментальная эволюция; 2) Биобанкинг, регенеративные технологии, инженерия тканей и органов, индуцированное обновление клеток, клеточная терапия; 3) Радиопротекторы, геропротекторы, антиоксиданты; 4) Гибернация; 5) Дейтерированные органические компоненты; 6) Медицинский отбор радиорезистентных людей. Дизайнер - Елена Хавина, пресс-служба МФТИ
У организма есть способы защищаться от повреждений ДНК и восстанавливать их. На нашу ДНК постоянно воздействуют природная радиация и активные формы кислорода (АФК), которые образуются при нормальном клеточном дыхании. Но при починке ДНК, особенно в случае тяжёлых повреждений, могут происходить ошибки. Накопление повреждений ДНК считается одной из главных причин старения, так что радиация и старение - схожие враги человечества. Однако клетки могут адаптироваться к облучению. Показано, что маленькая доза радиации может не только не навредить, но и подготовить клетки ко встрече с более высокими дозами. Сейчас международные стандарты радиационной защиты это не учитывают. Последние же исследования говорят о том, что существует некий порог радиации, ниже которого действует принцип «тяжело в учении - легко в бою». Авторы статьи считают, что нужно исследовать механизмы радиоадаптивности, чтобы взять их на вооружение.
Заведующий лабораторией генетики продолжительности жизни и старения МФТИ, член-корреспондент РАН, доктор биологических наук Алексей Москалёв поясняет: «Наши многолетние исследования воздействия малых доз ионизирующих излучений на продолжительность жизни модельных животных показали, что небольшие повреждающие воздействия способны стимулировать собственные защитные системы клеток и организма (репарацию ДНК, белки теплового шока, удаление нежизнеспособных клеток, врождённый иммунитет). Однако в космосе люди столкнутся с более существенным и опасным диапазоном доз радиации. Нами накоплена большая база данных по геропротекторам. Полученные знания говорят о том, что многие из них функционируют по механизму активизации резервных возможностей, повышения стрессоустойчивости. Вполне вероятно что подобная стимуляция поможет будущим колонизаторам космических просторов».
Инженерия космонавтов
Более того, среди людей радиорезистентность отличается: кто-то больше устойчив к радиации, кто-то меньше. Медицинский отбор радиорезистентных индивидов предполагает взятие образцов клеток у потенциальных кандидатов и всесторонний анализ радиоадаптивности этих клеток. Самые устойчивые к облучению полетят в космос. Кроме этого, можно проводить полногеномные исследования людей, проживающих в областях с высоким уровнем фонового излучения или сталкивающихся с ним по профессии. Геномные отличия людей, менее подверженных раку и другим заболеваниям, связанными с облучением, можно в будущем выделить и «привить» космонавтам с помощью современных методов генной инженерии, таких как редактирование генома.
Есть несколько вариантов, какие гены нужно внести, чтобы повысить радиорезистентность. Во-первых, гены антиоксидантов помогут защитить клетки от активных форм кислорода, появляющихся в результате облучения. Несколько экспериментальных групп уже успешно попробовало снизить чувствительность к радиации с помощью таких трансгенов. Однако от прямого воздействия облучения этот способ не спасёт, только от опосредованного.
Можно вносить гены белков, ответственных за восстановление ДНК. Такие опыты уже проводились - некоторые гены действительно помогали, а некоторые приводили к повышенной геномной неустойчивости, так что эта область ждёт новых исследований.
Более перспективный метод - это использование радиозащитных трансгенов. Многие организмы (например, тихоходки) обладают высокой степенью радиорезистентности, и если выяснить, какие гены и молекулярные механизмы за этим стоят, их можно перевести на людей с помощью генной терапии. Чтобы убить 50% тихоходок, нужна доза облучения в 1000 раз больше, чем смертельная для человека доза. Недавно был обнаружен белок, который предположительно является одним из фактором такой выносливости - так называемый супрессор повреждений Dsup. В эксперименте с клеточной линией человека оказалось, что введение гена Dsup уменьшает повреждения на 40%. Это делает ген перспективным кандидатом в защитники человека от радиации.
Аптечка бойца
Лекарства, которые увеличивают радиационную защиту организма, называются радиопротекторами. На сегодня существует только один радиопротектор, одобренный FDA. Но основные сигнальные пути в клетках, которые включены в процессы старческих патологий, участвуют также и в ответах на облучение. Исходя из этого, геропротекторы - лекарства, которые уменьшают скорость старения и продлевают продолжительность жизни - могут служить и радиопротекторами. Согласно базам данных Geroprotectors.org и DrugAge, существует более 400 потенциальных геропротекторов. Авторы считают, что будет полезно рассмотреть существующие лекарства на наличие геро- и радиопротекторных свойств.
Так как ионизирующее облучение действует также через активные формы кислорода, справляться с радиацией могут помочь редокс-поглотители или, проще говоря, антиоксиданты, такие как глутатион, NAD и его предшественник NMN. Последние, по-видимому, играют важную роль в ответе на повреждение ДНК, поэтому представляют большой интерес с точки зрения защиты от радиации и старения.
Гипер-нация в гибернации
Вскоре после запуска первых космических полётов ведущий конструктор советской космической программы Сергей Королёв начал разрабатывать амбициозный проект пилотируемого полёта на Марс. Его идея заключалась в том, чтобы привести экипаж в состояние гибернации (англ. hibernation - «зимняя спячка») во время длительных космических путешествий. При гибернации все процессы в организме замедляются. Эксперименты с животными показывают, что в таком состоянии повышается устойчивость к экстремальным факторам: понижению температуры, смертельным дозам облучения, перегрузкам и так далее. В СССР проект Марса был закрыт после смерти Сергея Королёва. А в настоящее время Европейское космическое агентство ЕКА работает над проектом «Аврора» по полётам на Марс и Луну, в котором рассматривается вариант спячки космонавтов. ЕКА считает, что при длительном автоматизированном полёте гибернация обеспечит большую безопасность. Если же говорить о будущей колонизации космоса, то проще перевозить и защищать от радиации банк криоконсервированных зародышевых клеток, а не популяцию «готовых» людей. Но это явно случится не в ближайшем будущем, и, возможно, к тому моменту методы радиозащиты будут развиты достаточно, чтобы человек не боялся космоса.
Тяжёлая артиллерия
Все органические соединения содержат углерод-водородные связи (С-Н). Однако можно синтезировать соединения, которые содержат вместо водорода дейтерий - более тяжёлый аналог водорода. Из-за большей массы связи с дейтерием сложнее разорвать. Однако организм рассчитан на работу с водородом, поэтому если слишком много водорода заменить на дейтерий, это может привести к плохим последствиям. Было показано на разных организмах, что добавление дейтерированной воды увеличивает продолжительность жизни и оказывает противораковое действие, но больше 20% дейтерированной воды в рационе начинает оказывать токсическое действие. Авторы статьи считают, что следует проводить доклинические испытания и искать порог безопасности.
Интересной альтернативой представляется замена не водорода, а углерода на более тяжёлый аналог. 13C тяжелее 12C всего на 8%, в то время как дейтерий тяжелее водорода на 100% - такие изменения для организма будут менее критичны. Однако этот способ не защитит от разрыва N-H и O-H связи, которые скрепляют основания ДНК. К тому же производство 13C на сегодняшний день является очень дорогим. Тем не менее, если получится снизить стоимость производства, то замена углерода может быть дополнительной защитой человека от космической радиации.
«Проблема радиационной безопасности участников космических миссий относится к классу очень сложных проблем, которые невозможно решить в рамках одного научного центра или даже целой страны. Именно по этой причине мы решили объединить специалистов из ведущих центров в России и по всему миру для того, чтобы узнать и консолидировать их видение путей решения данной проблемы. В частности, среди Российских авторов статьи есть ученые из ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, ИМБП РАН, МФТИ и других всемирно известных учреждений. В ходе работы над проектом многие его участники впервые познакомились друг с другом и теперь планируют продолжать начатые совместные исследования», - заключает координатор проекта Иван Озеров, радиобиолог, руководитель группы анализа клеточных сигнальных путей Сколковского стартапа «Инсилико».
О проекте написали крупные зарубежные СМИ Astronomy, Futurism, Salon, Scienmag и другие.
Источник
Обращаю внимание, что речь в стратегии идёт не о внешней защите тела человека от излучения, не об усилении радиационной защиты обшивки космических кораблей и скафандров, а повышении его радиорезистентности, то есть устойчивости, невосприимчивости собственного организма к излучению.
А теперь общие соображения коротко: никто на Марс не полетит.
По крайне мере, обещание Маска начать колонизацию Марса в 2024 году звучит, как притча о хитром Ходже Насреддине: Ходжа Насреддин за хорошую плату взялся за двадцать лет обучить грамоте ишака. Эмир грозил отрубить Насреддину голову, если в указанный срок ишак не научится читать. Когда Насреддина спросили, как же он пошел на такой риск, он ответил:
- Ничего страшного. За двадцать лет или ишак умрет, или эмир умрет, или я умру!
В конце 2025 года Маск разведёт руками - и всё. Никто никуда не полетит. Так же, как и никаких туристов Маск не запустит в облёт Луны до конца текущего года. Скорее всего, прожект современного Остапа Бендера с Нью-Марсюками поначалу будет отодвигаться год за годом, а когда и вовсе потеряет актуальность как технологический симулякр, то для простофиль, ищущих себе кумира, будет придумано что-то более новое, более привлекательное, более блестящее и изощрённое.
Итог: науке все равно нужно заниматься озвученной проблемой. Тем более, что "На Земле тоже пригодятся технологии радиорезистентности". Поэтому учёные заинтересованы заниматься этой темой и пиарить её, рассчитывая на гранты от космической отрасли. Но даже значительные успехи в данной области не будут главным решающим фактором в реализации проекта колонизации Марса. Для этого необходимо создать Марсу магнитное поле вроде земного. Которого у Марса нет. Раз Маск гений, вот пусть и возьмётся поначалу решить эту принципиальную задачу.
Ниже список статей, посвящённых проблеме космической радиации:
"Как астронавты "чрезвычайно успешно с полиэтиленом" через радиационный пояс Земли летали": https://photo-vlad.livejournal.com/55133.html
"Космическая радиация: что это такое и опасно ли для человека?": https://photo-vlad.livejournal.com/55871.html
"Сергей Петрович, не справились! (с защитой от радиации в открытом космосе)": https://photo-vlad.livejournal.com/55447.html
"Дозы радиации, которые должны были быть получены при преодолении радиационных поясов Земли": https://photo-vlad.livejournal.com/32352.html
"Полеты на Луну туда и обратно": https://photo-vlad.livejournal.com/24506.html
Про "Матрёшку": "Результаты новых длительных и тщательных исследований космической радиации": https://photo-vlad.livejournal.com/49220.html
"НАСА официально фактически признаётся": https://photo-vlad.livejournal.com/31837.html
Этот блог целиком посвящён анализу американской фальсификации полётов на Луну: Лунная афера: Хьюстон, у вас проблемы!
Каталог всех статей журнала: https://photo-vlad.livejournal.com/33746.html
Чтобы сразу видеть мои свежие посты в своей ленте, пожалуйста, добавляйте мой блог в друзья и подписывайтесь на обновления.