Для покорения космоса нужно повысить устойчивость человека к радиации
Космос — невероятно агрессивная среда для человека. Речь идёт не только о близкой к абсолютному нулю температуре или о вакууме, но и о других факторах вроде микрогравитации, магнитных полей, радиации, которые стоят на пути освоения пространств за пределами земной атмосферы. Чтобы космическая радиация не препятствовала человечеству в задачах покорения космоса и колонизации Марса, консорциум учёных из 29 организаций по всему миру, включая ведущих учёных из России, NASA, европейского космического агентства, канадского радиационного центра и более чем 25 других центров по всему миру, разработал стратегию по повышению радиорезистентности человека.
Концепция описывает несколько перспективных направлений будущих исследований по защите космонавтов от облучения, включая лекарственную терапию, генную инженерию и технологию гибернации. Стоит отметить, что процессы старения организма человека и радиация в чём-то сходны, так что борьба с одним явлением может помочь и против другого. Этому была посвящена недавняя статья в журнале Oncotarget под названием «Да здравствует сопротивление радиации!», одним из авторов которой выступает адъюнкт-профессор МФТИ и главный исполнительный директор Сколковского стартапа «Инсилико» Александр Жаворонков.
По словам господина Жаворонкова, в перспективе возрождение космонавтики может привести к первым человеческим миссиям на Марс и в глубокий космос. Поэтому для выживания в условиях повышенной космической радиации людям нужно улучшить свою устойчивость к внешним факторам. На Земле технологии радиорезистентности тоже могут оказаться полезны, особенно если одним из эффектов станет здоровое долголетие.
Заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна профессор РАН Андреян Осипов добавил:
«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 космонавты, и колонисты будут подвергаться постоянному воздействию потоков заряженных частиц с огромной энергией. Фактически космическое будущее человечества зависит от того как мы преодолеем эту проблему».
Например, SpaceX обещает доставить людей на поверхность Марса уже в 2024 году и начать колонизацию красной планеты. Но если проблема космической радиации решена не будет, это может поставить крест на усилиях. Дело в том, что ионизирующее излучение повреждает сложные молекулы, в том числе ДНК, что может приводить к различным нарушениям: нервной, сердечно-сосудистой систем и развитию рака.
Организм и сам умеет защищаться от повреждений. На ДНК людей постоянно воздействует природная радиация, а также активные формы кислорода (АФК), образующиеся при обычном клеточном дыхании. Но при восстановлении ДНК могут происходить ошибки, особенно в случае тяжёлых повреждений. Накопление таких ошибок и считается одной из основных причин старения, так что борьба с радиацией может в качестве «побочного бонуса» увеличить продолжительность жизни людей.
Любопытно, что небольшая доза радиации (до определённого порога) может не только не навредить, но и подготовить клетки к встрече с более высокими дозами — этого не учитывают современные стандарты радиационной защиты. В МФТИ есть немалые наработки на этот счёт, но механизмы радиоадаптивности нуждаются в дополнительных исследованиях, чтобы ими можно было смело пользоваться.
Среди людей радиорезистентность тоже отличается: кто-то больше устойчив к радиации, кто-то — меньше. Отбор индивидов предполагает взятие образцов клеток у потенциальных кандидатов для всестороннего анализа радиоадаптивности. Разумеется, в космос следует отправлять самых устойчивых к облучению. Также можно проводить полногеномные исследования людей, живущих в областях с высоким уровнем фонового излучения или сталкивающихся с ним по профессии. С помощью анализа геномов индивидов, которые менее подвержены раку и другим заболеваниям, можно выделить гены, связанные с облучением, чтобы «привить» их космонавтам методами генной инженерии. Уже проводится некоторая работа в области выявления и анализа генов антиоксидантов (защита от активных форм кислорода) и генов белков, ответственных за восстановление ДНК.
Ещё один перспективный метод — использование радиозащитных трансгенов. Например, тихоходки обладают высокой степенью радиорезистентности: чтобы убить 50 % этих существ, нужна доза облучения в 1000 раз больше, чем смертельная для человека. Если выяснить, какие гены и молекулярные механизмы за этим стоят, их можно будет перевести на людей с помощью генной терапии. Впрочем, тут возникают вопросы медицинской этики.
Исследования в области радиопротекторов (лекарств, увеличивающих радиационную защиту организма) и геропротекторов (лекарств, уменьшающих скорость старения) тоже необходимо продолжать. Ионизирующее облучение действует в том числе через активные формы кислорода, поэтому справляться с радиацией могут помочь антиоксиданты, такие как глутатион, NAD и его предшественник NMN.
Чтобы дополнительно защитить органические соединения от разрывов под воздействием радиации, можно укрепить углерод-водородные связи (С-Н). Для этого водород может быть заменён вдвое более тяжёлым дейтерием. Но наш организм рассчитан на взаимодействие с водородом, слишком много дейтерия может привести к токсичному воздействию. Исследования на животных показывают, что при потреблении не более чем на 20 % дейтерированной воды увеличивается продолжительность жизни и оказывается противораковое действие. Одной из альтернатив может выступать замена углерода 12C на более тяжёлый аналог 13C. Этот способ не защитит от разрывов связей N-H и O-H, да и производство 13C пока слишком дорогое.
Для освоения дальнего космоса можно продолжить исследования и вопросов приведения экипажа в состояние гибернации («зимняя спячка») во время длительных космических путешествий — в этом состоянии, как показывают опыты с животными, повышается устойчивость к экстремальным факторам: понижению температуры, смертельным дозам облучения, перегрузкам и так далее. В СССР ведущий конструктор космической программы Сергей Королёв разрабатывал амбициозный проект пилотируемого полёта на Марс, предусматривавший гибернацию. В настоящее время Европейское космическое агентство ЕКА работает над проектом «Аврора» по полётам на Марс и Луну, в котором тоже рассматривается вариант спячки космонавтов.
В общем, проблема радиационной безопасности поставлена, пути решения намечены — будем надеяться, что в будущем учёные действительно смогут сделать космос более безопасным местом для человечества. А главное — обычные земляне смогут продлить свои бренные жизни.
