Creando un súper soldado científicamente semi-válido, parte 6: Protección contra la radiación

Partes anteriores aquí:

Crear un supersoldado científicamente semiválido, parte 1: Esqueleto
Crear un supersoldado científicamente semiválido, parte 2: sistema nervioso
Crear un supersoldado científicamente semiválido, parte 3: Resistencia física a los golpes Crear un supersoldado científicamente semiválido, parte 3: Resistencia física a los golpes
Crear un supersoldado científicamente semiválido , parte 3: Resistencia física a los golpes supersoldado válido, parte 4: sistema respiratorio
Creación de un supersoldado científicamente semiválido, parte 5: corazón y sistema circulatorio

Así que has diseñado una supercriatura para esas duras tareas en el espacio. Ya sea un minero, un soldado o cualquier otra cosa, serán propensos a dañarse a sí mismos y a su traje. O podría tener una fuerza policial que tiene que lidiar con un lunático que lleva un haz de partículas. "¡No hay problema!" piensas, "¡están diseñados para recibir algo de daño!" Luego, después de un tiempo, los cánceres comienzan a aparecer en todo el cuerpo y mueren de muertes horribles, o se desploman en el lugar debido al envenenamiento por radiación aguda.

¡No dejes que eso te pase a ti! Nuestros científicos han encontrado varias formas (espero) de incorporar protección contra la radiación independientemente de que la radiación provenga del espacio, la dispersión de la radiación de un haz de partículas o simplemente algunas reparaciones de emergencia de su reactor nuclear local.

Las soluciones tendrían que ser construibles, mantenibles y reparables por una criatura biológica. Si conoce una forma de construir un plástico metálico o lo que sea que se ajuste a sus necesidades, está bien.

Mi propia idea es reducir los efectos de la radiación: Protección directa. Construya en nanotubos de nitrato de boro (BNNT, https://en.wikipedia.org/wiki/Boron_nitride_nanotube ).

Los BNNT se pueden usar para proteger contra varios tipos de radiación ( https://www.nasa.gov/pdf/638828main_Thibeault_Presentation.pdf ). Los BNNT podrían rodear al hidrógeno, que también absorbe algo de radiación. No estoy seguro de la cantidad de radiación que puede contener. Los BNNT podrían funcionar como aislantes para los nervios, absorción de traumatismos por fuerza contundente de autocuración (ver el primer enlace) y tienen una gran resistencia al calor. (por supuesto, puede que no sea muy razonable que un cuerpo biológico intente construir, mantener y reparar BNNT).

El segundo método de protección radiológica sería la regeneración. No estoy seguro si es posible, pero la vida en la tierra ha sido capaz de crear células madre nuevas y estables en sus hijos. Si una criatura diseñada puede crear nuevas células madre y obligar a que las células envejecidas o dañadas sean reemplazadas por el producto de esta célula madre, usted podría renovar periódicamente todas las células, mantener el cuerpo joven y reparar el daño reemplazando las células dañadas por la radiación lo antes posible para prevenir el cáncer. desde el principio.

Respuestas (6)

Si la genética es un protocolo para transmitir información a través del tiempo, entonces la radiación puede considerarse ruido de fondo en ese medio. Pequeños fragmentos de información se pierden o cambian por la presencia de ese ruido, lo que finalmente conduce a un cambio sustancial o incluso a la pérdida total del mensaje.

Podemos combatir este ruido genético de la misma manera que vencemos el ruido en otros medios de comunicación.

  1. Agregue sumas de verificación a cada bloque de datos. Por cada pocos pares genéticos, agregue un par adicional que codifique una prueba numérica de que los otros pares son válidos.
  2. Agregue redundancia masiva dentro de cada grupo de pares genéticos, luego use un enfoque de reglas mayoritarias para interpretarlos.

Para mejorar la longevidad en entornos extremadamente hostiles (ruidosos), también se podría agregar un mecanismo de reparación de datos para recorrer periódicamente el código genético completo de cada célula, verificando cada suma de verificación y copiando aquellas con sumas de verificación válidas sobre sus copias redundantes dañadas (aplicando reglas de mayoría para resolver cualquier disputa). ). Esto restauraría todo el código a su estado original, lo que ayudaría a evitar la posibilidad de corrupción acumulativa que, de lo contrario, podría abrumar estas medidas defensivas.

Esto suena muy prometedor. Tal vez podría hacer que la suma de verificación sea realizada por la célula y un "virus" que produce el propio cuerpo. Cuando una célula se divide para crear una nueva célula, invita a un "virus" a ingresar, que insertará una secuencia de ARN que probará las sumas de verificación del ADN contra el ADN. Esta secuencia de ARN es necesaria para la división celular, si se encuentran demasiados errores, la secuencia de ARN no funcionará y la célula nunca se dividirá y finalmente morirá, tal vez atrayendo a las células madre para su reemplazo. Esto le da tiempo al cuerpo para construir nuevas células en caso de envenenamiento masivo por radiación.
@Demigan este virus podría ser un único punto de falla. Imagínese lo que sucedería si ese virus fuera alterado por la radiación, y las células del cuerpo se verificaran (por cualquier mecanismo) contra una suma de verificación incorrecta. Su virus solo se propaga al identificar una celda defectuosa, por lo que esto se convertiría rápidamente en un gran problema. El virus no puede propagarse a partir de células sanas, porque hacerlo requeriría que la célula se dividiera para producir el virus, lo que esencialmente destruiría a la descendencia sana.
@Orphevs Si el virus es alterado por la radiación, es poco probable que tenga éxito y permita que la célula se divida. Si cree erróneamente que todas las sumas de verificación son válidas, la célula aún debe ser cancerosa y, durante la siguiente división, un nuevo virus probablemente impedirá que la célula se reproduzca. Una forma de respaldar esto es crear el virus durante la división celular. La celda se revisa en busca de fallas y se aprueba, luego la celda verifica el virus y, si no hay nada malo, reproducirá mucho el virus y se detendrá cuando termine la división. Esto crea un pequeño período durante la división donde podrían ocurrir fallas genéticas.
Hay defectos genéticos (por ejemplo, debido a la radiación) que ocurren diariamente en el cuerpo humano. La mayoría de esas células defectuosas simplemente mueren, y el cuerpo puede combatir la mayoría de las cancerosas. El problema es el hecho de que, aunque es poco probable que se produzca un ADN defectuoso y funcional (canceroso), aún es posible. Entonces, si bien su virus simplemente no se reproducirá si es alterado por la radiación en la mayoría de los casos, los casos en los que no es así son los que podrían significar problemas. Las mutaciones menores ocurren con frecuencia, y más aún durante la replicación, por lo que no desea una suma de verificación que deba copiarse con más frecuencia que el resto.

En caso de duda, ¡róbele a la Naturaleza!

Hay dos formas de lidiar con el cáncer en tus súper soldados. Una es evitarlo, la otra es arreglarlo. ¿Por qué no un poco de ambos?

Mitigación de daños

Está bien documentado que las ratas topo desnudas tienen una incidencia extremadamente baja de cáncer. 1 , 2 , 3

También hay varios otros tipos de organismos que se sabe que son resistentes al cáncer, incluidos algunos tipos de ballenas (también discutidos en la referencia 2). ¡ Incluso hay un tipo de hongo que es radiotrófico , lo que significa que "comen" radiación! La molécula que utilizan para hacerlo ya está presente en abundancia en el cuerpo humano: la melanina . Con la edición de genes de alta tecnología, es hipotéticamente posible arrancar el proceso utilizado por este hongo y los extraños azúcares intracelulares que mantienen a las ratas topo desnudas en su mayoría libres de cáncer, para reducir drásticamente el peligro de contraer cáncer en primer lugar.

Reparar

¿Cuál es la causa raíz del cáncer? Daño en el ADN que conduce al crecimiento celular descontrolado. ¿Cómo podemos detener eso? Reparar el ADN . Es posible que haya oído hablar de las langostas y su telomerasa . Si no, la telomerasa es una enzima que repara el daño del ADN, que es la causa principal del mito de la "langosta inmortal". Los humanos también tenemos telomerasa, pero la forma en que la expresamos en nuestras células difiere de la de las langostas. Nuevamente, con tecnología de ingeniería genética suficientemente avanzada, este es otro problema que la Naturaleza ya ha resuelto. Si podemos tomar prestada la expresión de la telomerasa que se exhibe en las langostas y otros crustáceos, podemos mejorar la esperanza de vida de su soldado y la resistencia al cáncer de una sola vez.

El remate

La cantidad de edición genética necesaria para equipar a los humanos (o a una especie similar a la humana) con la capacidad de resistir el cáncer y recuperarse de él no es despreciable, pero las soluciones a estos problemas ya existen. Con suficiente edición, tus súper soldados estarán felizmente (en su mayoría) libres de cáncer.

Toda la melanina que potencialmente protege de la radiación gamma a través de la eliminación de radicales libres se menciona ligeramente en una pregunta que hice hace un tiempo sobre las presiones de selección del color de la piel de los colonos lunares: worldbuilding.stackexchange.com/a/108526/48681 . Una de las respuestas que me gustó mencionó tener alto melanismo en la mayoría de los tejidos del cuerpo ya que la radiación gamma es altamente penetrante. Entonces, si las conclusiones de ese documento son correctas, entonces podríamos ver literalmente (y probablemente en sentido figurado) supersoldados de corazón negro (junto con todo lo demás).
Muy interesante. La pregunta que surge es "¿este efecto también funciona contra la radiación?". No estoy seguro de si la resistencia al cáncer de la Rata Topo Desnuda sería 100% eficiente cuando es bombardeada por radiación. Por otro lado, el primer artículo menciona a científicos que intentan inducir cáncer en ratas topo desnudas, por lo que es probable que hayan probado la radiación. El sistema de reparación suena maravilloso, pero ¿no será este sistema tan propenso a sufrir daños como el resto del ADN? ¿El daño a la producción de telomerasa no causaría reparaciones erróneas?
@Demigan, sí, el daño a la parte del genoma responsable de la producción de telomerasa haría que esas células dañadas la produzcan incorrectamente. La idea del esquema sería producirlo más o menos en todas partes, para que tengas mucho a mano, incluso en aquellas celdas que acaban de ser dañadas. Luego, pueden reparar por sí mismos los genes de producción de telomerasa dañados. Por supuesto, no es un sistema perfecto; todo se rompe eventualmente. Pero esto compraría mucho tiempo.
@R.Barrett Ese es un buen punto. Construye las cosas antes del daño, úsalas después. Pregunta, ¿cuánto tiempo y bien se puede almacenar en el cuerpo?
@Demigan Según este artículo ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9380696 , la telomerasa tiene una vida media de aproximadamente 24 horas en el cuerpo humano. No puedo encontrar resultados sobre cuál es la concentración efectiva mínima para que funcione, pero después de una semana de producción cero, quedaría aproximadamente 1/128 de la cantidad original, que idealmente sería suficiente para el reserva original para haber hecho su trabajo.

Poliploidía.

El daño a largo plazo (cáncer, etc.) puede descartarse como irrelevante; después de todo, esto es un soldado , probablemente ni siquiera sea directamente fértil (quiere que la producción de soldados esté centralizada). Por lo tanto, toda la energía (considerable) que supondría un mecanismo de supercorrección se puede utilizar en otros lugares.

No es necesario incorporar ninguna defensa específica en la piel (es igual de fácil proporcionar al soldado una camiseta forrada de plomo solo cuando sea realmente necesario, ya que los campos de batalla altamente radiactivos probablemente no sean tan comunes).

Lo que queda es hacer que el soldado sea resistente a dosis extremas , es decir, que sobreviva a un evento de Demon Core . Para ello, copiamos la arquitectura de Deinococcus Radiodurans , un microorganismo capaz de sobrevivir miles de veces a una dosis de radiaciones que serían letales para un ser humano:

  • Mecanismos de reparación del ADN para identificar y deshacer cualquier daño.
  • copias redundantes de cromosomas (poliploidía) para garantizar que un daño crítico no apague la célula.

No se necesitarían radioprotectores como los suplementos de yodo y potasio, ya que están diseñados contra la exposición a largo plazo, y la tiroides del supersoldado no va a eliminar el yodo radiactivo de los alimentos cultivados localmente, ni se quedará el tiempo suficiente para acumular otros radionúclidos.

Por lo tanto, la principal amenaza son los neutrones, los rayos gamma y los emisores alfa pesados. Los últimos solo son preocupantes si se inhalan, por lo que podría valer la pena proporcionarle a nuestro soldado una gruesa mata (desechable) de pelo nasal. Antiestético, pero muy eficiente y útil también contra otro tipo de amenazas (por ejemplo, tormentas de polvo, microorganismos en el aire, etc.).

ADN ligero y redundante

Nuestro soldado estaría diseñado casi desde cero, por lo que podría tener mucho menos " ADN basura " que un ser humano normal (esas funciones que tiene el ADN no codificante se pueden reescribir usando ADN codificante, y aun así permitir omitir nueve décimas partes de las genoma).

Esto tiene dos consecuencias importantes:

  • hay mucho espacio de codificación adicional para almacenar información redundante.
  • El "procesamiento" del ADN es mucho más rápido y fácil de lo normal. La célula del soldado puede reproducirse mucho más rápido, porque necesita menos síntesis y menos decodificación/recodificación.

Además, toda la maquinaria del ADN podría haber sido rediseñada para que fuera duradera. Por ejemplo, en lugar de mover un triplete a la vez, la decodificación del ADN podría proceder con tres tripletes a la vez, usando el mismo protocolo resistente a la radiación que usan las computadoras de la NASA ("lo que te digo tres veces es verdad"). Esto también permite una corrección muy rápida de la mayoría de las mutaciones. Las secuencias de terminación del ADN también podrían almacenar una "suma de control" biológica, de modo que una mutación ralentizaría la célula afectada y, a la larga, la mataría.

Se debe establecer un protocolo de protección similar en el cerebro, para evitar que la ionización por radiación haga estragos allí; de lo contrario, el soldado podría correr el riesgo de sufrir convulsiones o perder la coordinación cuando lo golpee la radiación ionizante.

Con estas modificaciones, nuestros soldados serían extremadamente resistentes al daño por radiación (una sola unidad de ADN solo se dañaría si al menos dos de cada tres bases fueran golpeadas), convertida en una especie de fatiga; las células fuertemente afectadas morirían y serían consumidas por las células vecinas, que luego se reproducirían y reemplazarían a sus compañeros caídos. Los únicos efectos macroscópicos serían malestar general, aumento del apetito, cansancio y dolor de bajo nivel, nada que realmente afecte las capacidades de combate a corto plazo. La misma capacidad de procesamiento rápido también le brinda una curación rápida, lo cual es deseable en sí mismo.

Muy interesante. Sin embargo, hay una pregunta: ¿qué tan factibles son múltiples cadenas de ADN para células especializadas como las que se encuentran en el cuerpo humano? Me imagino que tener múltiples conjuntos de ADN ocupará mucho espacio, lo cual no es un gran problema para un microorganismo, sino para una criatura grande y complicada...
@Demigan buen punto; He ampliado la respuesta.

Nada

no haría nada La radiación no matará a tu soldado antes de algún tiempo. Tu soldado fue diseñado para luchar y cumplir sus misiones de manera muy eficiente, no para vivir muchos años hasta morir en su cama rodeado de todos sus nietos.

Las radiaciones no lo detendrán durante su misión, pero el peso/complejidad adicional que agregue para proteger a su soldado de las radiaciones sí lo hará. Así que no hagas nada para proteger al soldado de esta amenaza. Soldado, incluso para un supersoldado, es un trabajo muy peligroso, por lo que tendrá suerte si vive lo suficiente como para tener cáncer.

En realidad, podrías hacer pequeñas cosas que son baratas y podrían ayudar a mitigar las radiaciones. Por ejemplo, como dijo @VBartilucci, déle pastillas de yoduro. O si sabes que el área es radiactiva, dale un delantal de plomo para esta misión específica.

Buena respuesta. Una sociedad con supersoldados caros con protección radiológica probablemente se verá abrumada por una sociedad con supersoldados baratos pero de corta duración.
@Ynneadwraith Sí, también creo que entre dos soldados equivalentes, con la única diferencia de que uno tiene protección contra la radiación, el que no la tiene ganará la pelea. Esto se debe a que la protección contra la radiación probablemente será pesada, reducirá la facilidad de movimiento, consumirá energía y agregará complejidad a todo el sistema de combate que el soldado debe manejar. Por lo que se debe evitar todo lo que no sea estrictamente necesario para completar una misión.
Acordado. Incluso si la protección contra la radiación es algo biológico y pasivo (como el melanismo pesado generalizado en todos sus órganos), todavía se necesitan recursos para producir que, de otro modo, podrían usarse para funciones más útiles, tanto en el tiempo para desarrollar estas contramedidas como en la producción de las contramedidas en sí.
Para un ejército de gruñidos con base en tierra que está en un conflicto, estaría de acuerdo. Pero incluso entonces tendría muchas especializaciones en las que desea que sus soldados vivan el mayor tiempo posible. Operaciones especiales, la tripulación de ciertos vehículos de alto costo que no sacrificará tan fácilmente o la tripulación espacial de naves espaciales más grandes. Los soldados longevos tendrían un costo de homeostasis más alto pero reducirían los costos de entrenamiento y crecimiento de reconstruir y reemplazar a los soldados viejos. Con el cáncer y las mutaciones genéticas al frente del envejecimiento y la muerte... Hay muchas razones para proteger a gran parte de su ejército. No todos esos.

Reina Horrocrux

Un Horrocrux es un objeto en el que un mago oscuro o una bruja ha escondido un fragmento de su alma con el fin de alcanzar la inmortalidad. http://harrypotter.wikia.com/wiki/Horrocrux

El problema con la radiación es que golpea al ADN. Sin su plano, no puede arreglar su celda, o peor aún, el plano está distorsionado de tal manera que seguirlo conduce a un cáncer. Es un problema. Nuestra propia solución: nuestras células epiteliales, que son propensas al cáncer debido al trabajo que realizan y necesitan replicarse, tienen una vida útil corta y finita. Al igual que los Replicantes en Blade Runner. Estas células nacen para morir después de terminar su trabajo. Pero aún pueden convertirse en cáncer porque el núcleo y el modelo de ADN todavía están a bordo y pueden mutar. Algunas de nuestras propias células evitan permanentemente este problema desechando el núcleo y con él el ADN, siendo dos las células de la piel diferenciadas terminalmente y los glóbulos rojos.

En tus soldados, todas las células hacen esto. Ninguna célula mantiene el ADN a bordo. Al igual que Voldemort, que almacenó su alma fuera del sitio para protegerse, el ADN de estas criaturas se almacena fuera del sitio.

Eso significa que la regeneración debe ocurrir periódicamente en ráfagas una vez que la criatura puede acceder a su ADN, no una regeneración continua como lo hacen los humanos. Tus soldados deben regresar a una base, un nido o una colmena donde se guarda su ADN o degenerarán, envejecerán rápidamente y perderán su función. Una vez en el nido, las células madre con el ADN crean nuevas células para ellos que inundan sus cuerpos y encuentran su camino hacia los diversos órganos, renovando las células obreras envejecidas.

Esto sería más fácil de hacer si todas estas criaturas fueran clones (como las abejas obreras) y todas pudieran usar el mismo depósito de ADN. Tal vez el ADN esté albergado dentro de algún tipo de extraño organismo reina, cuya leche rica en células las obreras vuelven a amamantar.


He estado pensando con entusiasmo en este concepto de alta ciencia ficción. Otro aspecto de esto es la reprogramabilidad. Si la reina sabe que está enviando a sus trabajadores a un mundo de alta gravedad y H2SO4, puede cargarlos con células listas para hacer frente a ese entorno. Mundo caliente con patógenos conocidos - ok, células para eso. Los supersoldados podrían ser reprogramables desde el nivel celular. Todo excepto las neuronas, que creo que son a prueba de cáncer (¡no quiero que nadie comente sobre el glioblastoma hasta que lea cuáles son las células de origen!).

Me imagino a los supersoldados en su nuevo despliegue, cada uno desprendiéndose / desprendiéndose / reciclando / escupiendo rápidamente los restos celulares de sus despliegues anteriores a medida que esas viejas células se pliegan bajo las nuevas tensiones ambientales y las nuevas toman su lugar.

El problema con esta idea es que el ADN es el principal responsable de mantener viva la célula. Por ejemplo, sin ADN en tu músculo no puedes producir el ATP que necesitas para moverte. Tal vez una alternativa sea tener un ADN "basura" que simplemente mantiene la célula en funcionamiento, y cuando llega el momento de la división, se introduce una cadena de ADN verificada y lista desde una fuente en algún otro lugar del cuerpo. Esto significa que debe tener un sistema para que el ADN pase por el cuerpo y entre en la célula y luego en el núcleo. No es una tarea fácil. Los virus solo lanzan cadenas de ARN para comandar la producción de la célula.
/tener un ADN "basura" que simplemente mantiene la célula funcionando/ - buena idea, y una que toda la vida tiene. El ARN constituye esos mensajes de uso limitado. Las nuevas células estarían cargadas con ARN pero no con ADN.
Me temo que cargarlo solo con ARN no funcionaría. Para evitar que una célula se mate a sí misma a través de desequilibrios o agote toda su energía, el ARN está diseñado para dejar de funcionar en algún momento (aunque no puedo encontrar una referencia a la descomposición del ARN atm). Por eso pensé que el ADN "basura" sería una buena idea. Solo las cadenas de ADN requeridas para mantener la célula en funcionamiento, pero una vez que llega el momento de la división, se trae una cadena de ADN verificada y lista, que luego se cortará para que solo quede el ADN basura y la célula no se dividirá en caso de daño en el ADN.

El yoduro de potasio se utiliza como tratamiento antirradiación: un dispositivo para alimentar o proporcionar una dosis constante al soldado parece un comienzo bastante básico. Hay efectos secundarios de su uso, pero dependiendo de la cantidad de manos que desee hacer, podrían descartarse como curados.

El yoduro de potasio se usa para saturar la glándula tiroides. La glándula tiroides absorbe felizmente cualquier yodo con el que entre en contacto y el yodo puede irradiarse fácilmente. Esto es principalmente problemático para los niños que necesitan la tiroides para muchos procesos de crecimiento y tener yodo irradiado acumulado en la tiroides eventualmente causará defectos. El yoduro de potasio se usa para que la tiroides se llene de yodo no irradiado, lo que evita que se acumule la versión irradiada. en.wikipedia.org/wiki/Potassium_iodide#Nuclear_accidents