Клеточная и генная инженерия станет такой обыденностью, что даже ученики старших классов будут получать в качестве домашнего задания проекты по генетической модификации. Такой проект можно будет обдумать, глядя из окна на Луну, на которой светятся огоньками размещенные там базы. Инженерия жизни на Земле будет касаться не только людей, но и животных. Генная инженерия позволит землянам жить так, как они захотят. Следующий рубеж – позволить людям жить везде, где они захотят за пределами Земли. Все биологические виды (воссозданные, сохранившиеся и заново созданные) будут использоваться, чтобы понять, как адаптировать людей и других живых существ к космическим полетам и жизни в космосе.
7Этап 5:синтетическая биология для новых обиталищ(2151–2200)
В сущности, все модели неточны, но некоторые из них полезны.
К 2151 г. генетическое редактирование, надо полагать, распространится повсеместно и станет безопасной практикой. Орбитальные станции появятся не только у Земли, но и у Луны и Марса. Тяжелые наследственные заболевания будут в большинстве своем изучены и исключены из генома человека. Дальнейшее технологическое развитие на основе наработок XXI в., таких как CAR-T, будет связано с модификацией, а впоследствии и с созданием совершенно новых клеточных и иммунных функций. При этом будут использоваться новые типы клеток (позаимствованные у других видов или полученные в результате комбинирования человеческого и нечеловеческого материала). Далее мы сможем постоянно отслеживать в организме такую биотерапию, клеточные усовершенствования и усваивание новых типов клеток. Возможные проблемы мы будем обнаруживать еще до того, как они проявятся. Благодаря постоянному исследованию таких модификаций и интеграции генетических элементов путем переноса их из одних организмов в другие – такая практика будет освоена на этапах 3 и 4 – мы научимся приспосабливать естественные генетические элементы к выполнению новых ролей. Также мы начнем создавать новые синтетические гены и генетические сети.
Этот клеточно-инженерный базис позволит осуществлять «профессиональные» улучшения генов для повышения безопасности определенных специальностей. Например, перед отправлением с Земли астронавты могут пройти соматическую генную инженерию, которая снизит риски для здоровья: повысит радиационную устойчивость, улучшит отклик на инсулин, поможет отслеживать и предотвращать рак. Можно представить даже модификацию генов, обеспечивающую энергосбережение. Например, можно сократить дозу кислорода, требуемую для функционирования клеток или для поддержания метаболомического профиля. Астронавт будет на клеточном уровне подготовлен к условиям космической экспедиции. Даже тем, кто захочет просто жить в уже обустроенных безопасных районах за пределами Земли, скорее всего, придется перед переселением пройти минимальное генно-инженерное вмешательство. Так начнется колонизация новых планет и появление новых, полностью синтетических геномов. Конечно, такая практика сопряжена с рисками: мы можем истребить жизнь, уже существующую на других планетах, либо уничтожить их палеонтологическую летопись.
Так возникает вопрос о двунаправленной «планетарной защите». Первый аспект планетарной защиты – избежать прямого загрязнения, когда мы (случайно или преднамеренно) заносим земные организмы на другую планету. Этого важно избежать, чтобы обезопасить и сберечь потенциально существующую инопланетную жизнь, такую, об истории которой человечеству практически ничего не известно. Вспомните эпидемию оспы, распространявшуюся среди североамериканских индейцев через зараженные одеяла, или SARS-CoV-2, охватившую мир в 2020 г. Потом необходимо обеспечить подлинное открытие внеземной жизни, а не ложную идентификацию инопланетного вида, который на самом деле был занесен с Земли. Вместе с нами на Марс могут отправиться земные микробы (которые переживут даже стерилизацию и радиационное облучение) и измениться настолько, чтобы сойти за внеземную жизнь. Если впоследствии такие бактерии будут обнаружены в марсианском песке, то могут возникнуть ошибочные идеи «универсальности жизни». Вторая составляющая «межпланетной гигиены» – избежать обратного загрязнения, т. е. занесения на Землю организмов, которые могут представлять опасность для коренных обитателей Земли. На эту тему снято много фантастических фильмов, в которых агрессивный «чужой» угрожает всей жизни на Земле.
Ни один из этих сценариев не идеален. Но первый (с прямым загрязнением), в сущности, неизбежен, так как все живое, существующее во внутренней части Солнечной системы, когда-нибудь будет уничтожено Солнцем. В соответствии с деонтогенной этикой нам придется пойти на прямое загрязнение других планет, чтобы не только спасти земную жизнь, но и в максимальной степени сберечь экосистемы других миров (или хотя бы знания о том, что они когда-то существовали). Чтобы спланировать высадку в этих суровых мирах к 2201 г., сначала нужно понять, как в 2021 г. создаются космические корабли.
Первые живые посланцы
Поблизости от знойной Пасадены, штат Калифорния, на территории Лаборатории реактивного движения есть комплекс зданий, где разрабатываются программы по запуску космических ракет, зондов и роботов в пределах Солнечной системы. Здесь есть «Цех сборки космических аппаратов», «Лаборатория моделирования внеземных материалов» и «Испытательный полигон для марсоходов». Именно здесь проектируют, собирают и испытывают марсоходы, спутники и блоки для космических кораблей NASA перед их отправкой для исследования областей, куда люди доберутся еще не скоро. Первые космические зонды уже вышли за пределы Солнечной системы. В 2012 г. это был «Вояджер-1», а в 2018-м – «Вояджер-2». Когда-нибудь они пришлют нам данные из соседних звездных систем. Однако в случае и зондов «Вояджер», и всех других космических аппаратов остается актуальным вопрос: «Не оказались ли у них на борту незапланированные пассажиры?»
Чтобы это проверить, в различных участках лаборатории, особенно в «чистой зоне», где идет сборка космических кораблей, ведется постоянный мониторинг наличия спор, бактерий, вирусов и других организмов. Мы постоянно пытаемся количественно оценить и максимально ограничить прямое загрязнение. Чаще всего этой работой занимаются Кастхури Венкатешваран, микробиолог, на счету которого немало научных работ о микроорганизмах в космическом пространстве, и Дэвид Смит, специалист по экстремофилам. Они стараются помочь нам понять, какие организмы могут не только перенести космический полет, но и процветать на новом месте. Это непростая задача, поскольку приходится иметь дело с проблемой «сбора следовой биомассы». Достаточно буквально единичных бактерий или вирусов, чтобы зародилась обширная популяция. Как же удостовериться в наличии того, чего практически нет? А если мы не заметим какие-то организмы и они попадут в космос, что тогда произойдет?
Микробы-астронавты
На некоторые из этих вопросов уже удалось ответить в ходе предварительного изучения космических кораблей, астронавтов и микробиомов, сложившихся на МКС. Такими исследованиями занимается наша группа и другие ученые. Проводились многочисленные лонгитюдные исследования, в том числе вышеупомянутое исследование близнецов, а также работы Эрнана Лоренци, Дуэйна Пирсона, Александра Ворхиса и Марка Отта с коллегами. Они показали, что бактерии в космосе не «сидят без дела». В частности, Лоренци показал, что бактерии, обитающие на коже астронавтов, со временем приобретают все больше сходства. Это логично, поскольку им никуда не деться из одного и того же алюминиевого контейнера. Такое «смешивание» микробиомов отчасти стимулируется резким сокращением окружающего биоразнообразия. Так, во время космического полета впятеро уменьшаются популяции Akkermansia и Ruminococcus, втрое – Pseudobutyrivibrio и Fusicatenibacter. Как демонстрирует Twins Study, большинство подобных изменений откатываются к дополетным значениям после возвращения астронавтов на Землю. Более того, из-за таких изменений микробиома учащаются случаи зуда и в целом гиперчувствительности кожи у астронавтов при длительных орбитальных полетах.
Более серьезной, чем изменение соотношения разных бактерий, является проблема так называемых космических зомби – оживших вирусов, ранее пребывавших в латентном состоянии. Сатиш Мехта из Космического центра Джонсона ранее показал, что в космосе чаще наблюдаются рецидивы герпеса и, возможно, по всей МКС плавают вирусы, высвободившиеся из клеток-хозяев. По состоянию на 2019 г. у 47 из 89 астронавтов (53 %), совершавших краткие космические полеты (в течение недель), а также у 14 из 23 астронавтов (61 %), участвовавших в более длительных экспедициях на МКС (от трех месяцев до полугода), в образцах мочи и слюны наблюдались признаки герпеса. У этих астронавтов также наблюдался активный инфекционный процесс, о котором сигнализировал подъем уровня цитокинов и иммунных маркеров.
Итак, как долго сохраняется в космосе то, что выделяется из организма вашего товарища по экипажу на МКС? Кроме того, какой именно вирусный материал высвобождается из клеток? Чтобы ответить на эти вопросы, ранее было принято решение выращивать культуры микроорганизмов и оценивать, что может вырасти и выжить на космической станции. Но такие методы зачастую приводят к систематическим ошибкам отбора: одни бактерии просто не хотят расти в искусственно созданных условиях, а другим такая среда очень нравится и они легко берут верх над конкурентами. Но начиная с 2015 г. проводится все больше исследований «без привязки к культуре», направленных на подробное изучение орбитальной живности. В рамках этих методов используется секвенирование следующего поколения, описанное в главе 4: берется образец, из него извлекается вся ДНК, которая затем секвенируется «методом дробовика». Как понятно из названия, мы словно расстреливаем клетки образца в упор, разрывая их ДНК на миллиарды фрагментов, а затем секвенируем каждый кусо