Космонавти-близнюки Немає помітних епігенетичних змін під час космічних подорожей -
Скотт Келлі, космонавт, провів рік у космосі, поки його брат-близнюк залишився на Землі. Помітних змін ДНК між ними немає.
Скотт Келлі виконує тест на пізнання на борту Міжнародної космічної станції - Кредит: NASA
Під час знаменного дослідження група американських учених з Джонса Хопкінса, Стенфордського університету та інших установ виявила відсутність тривалих великих відмінностей між епігеномами космонавта Скотта Келлі, який рік провів у космосі на борту Міжнародної космічної станції, та його брата-близнюка Марка, який залишився на Землі.
Космонавти-близнюки для перевірки небезпеки космічних польотів
На думку вчених, результати цього дослідження небезпеки космічних подорожей на геномі людини незрозумілі, але дослідження нових космонавтів у космосі потенційно можуть допомогти вченим передбачити типи медичних ризиків, яким вони можуть піддаватися під час тривалих подорожей у космосі. Ми можемо навести a менше сили тяжіння, ніж на Землі, вплив шкідливих ультрафіолетових променів та інших ризиків для здоров’я.
Це початок геноміки людини в космосі, за словами доктора медицини Ендрю Файнберга, видатного професора медицини, біомедичної інженерії та психічного здоров'я в Університеті Джона Хопкінса в Блумберзі. Ми розробили методи для проведення таких видів досліджень геноміки людини, і нам слід зробити більше, щоб зробити висновки про те, що відбувається з людиною в космосі.
Епігенетичні зміни
Епігенетичні зміни передбачають хімічні зміни ДНК, які можуть впливати на активність генів, але ці зміни не впливають на основний генетичний код. Зміни впливають на те, коли і як ген зчитується або експресується для його інструкцій щодо кодування білка. Коли епігенетичні зміни відбуваються в невідповідний час або в неправильному місці, процес також може увімкнути або вимкнути гени не в той час і в неправильному місці.
Ендрю Файнберг та Ліндсей Ріцарді випробовують процедури очищення зразків крові в площині мікрогравітації НАСА під назвою "Блювотна комета" - Кредит: Johns Hopkins Medicine
Вчені тривалий час спостерігали і вивчали фізіологічний вплив космічних подорожей на космонавтів. Однак більшість із цих космонавтів виконують космічні місії, що тривають півроку або менше, а не довші місії, необхідні для того, щоб дістатися до Марса чи деінде.
Потрібні додаткові дослідження, щоб зрозуміти вплив тривалих космічних польотів на людський організм, який більше піддається радіації, обмеженому харчуванню, меншій фізичній активності, зменшенню сили тяжіння та циклам стресу.
Плюси і мінуси дослідження близнюків
Файнберг зазначає, що вивчення однояйцевих близнюків, які за своєю природою мають однаковий генетичний матеріал, дало важливу і рідкісну можливість порівняти фізіологічні та геномні зміни, коли один близнюк відправився в космос, а інший залишився на Землі. Однак, оскільки в нашому дослідженні лише двоє людей, ми не можемо сказати, що ці зміни зумовлені космічними подорожами за Фейнбергом. Щоб зробити такі висновки, нам потрібно більше досліджень космонавтів.
Для дослідження, опубліковано в Science, вчені збирали зразки крові, фізіологічні дані та когнітивні виміри у Скотта та Марка Келлі в різний час протягом 27 місяців до, під час та після однорічної космічної місії Скотта.
Зразки Скотта під час польоту були зібрані на космічній станції, коли експедиції з Землі прибули на ракеті "Союз", і того ж дня були відправлені назад на Землю, щоб зразки могли бути оброблені протягом 48 годин.
Жодних серйозних змін у ДНК близнюків-космонавтів немає
Зокрема, Фейнберг та його команда розглядали два типи білих кров'яних клітин (CD4 + та CD8 +), виділених із крові Марка та Скотта. Вони зосередилися на епігенетичних знаках, що складаються з хімічних змін, званих метильними групами, які додаються до ДНК в процесі, який називається метилуванням.
Скотт і Марк Келлі
Загалом, вони виявили, що кількість епігенетичних змін у зв’язаній із Землею ДНК Марка приблизно дорівнює кількості його близнюків у космосі. Загальне метилювання між близнюками було менше 5% під час місії. Найбільша різниця сталася через дев'ять місяців після початку місії, коли 79% ДНК Скотта було метильовано проти 83% від Марка.
Підвищення імунної відповіді у космонавта
Місцезнаходження змін метилювання в геномі були різними для кожного близнюка. Наприклад, вчені виявили зміни метилювання поблизу генів, які беруть участь у реакціях імунної системи у Скотта, перебуваючи в космосі, але не в Марка. Це корелює з даними інших дослідників цього дослідження, які виявили збільшення певних біохімічних маркерів, пов'язаних із запаленням у Скотта, але не у Марка.
Обнадіювало те, що у Марка чи Скотта не відбулося масових порушень епігенома на думку Ріцзарді. Однак, маючи лише двох людей у дослідженні, ми маємо обмежені висновки, які ми можемо зробити щодо впливу космічних подорожей на геном. Але результати дають нам підказки щодо того, що нам слід уважніше розглянути в майбутніх дослідженнях космонавтів.
Зміни повертаються до норми, повертаються на землю
У ході поточного дослідження біологічні зразки Скотта були негайно повернуті на Землю, але в майбутньому астронавтам, можливо, доведеться обробити та зберігати зразки в космічному кораблі. Фейнберг, Ріцарді та вчений NASA Брайан Крусіан розробили детальні інструкції для проведення складних експериментів з мікрогравітацією.
Файнберг та Ріцарді тиждень подорожували на борту "Коміти", що імітує невагомість, "Блютова комета", щоб протестувати свої протоколи для вирішення проблеми збору, очищення та зберігання зразків крові на борту космічної станції.
Серед досліджень, проведених вченими Стенфордського університету, Університету штату Колорадо, Університету Корнелла та інших, є помітні висновки щодо подовження теломер Скотта та захисних ковпачків для хромосом. Як повідомлялося раніше, подовження теломеру нормалізувалося, коли Скотт повернувся на Землю.
Зміна очного яблука, що впливає на гостроту зору
Крім того, понад 90% генів, які змінювали рівень активності під час польоту Скотта, нормалізувались через шість місяців після польоту. Однак, зазначає Файнберг, ці зміни не є показником польоту в космос і не відрізняються від того, що може відбутися в звичайному режимі.
Вчені також виявили, що форма очного яблука Скотта змінювалася під час польоту, включаючи більш товстий нерв сітківки та складки в судинному шарі, що оточує око. Ці зміни зазвичай впливають на гостроту зору і, згідно з Фейнбергом, це траплялося в інших чоловіків-космонавтів, але не у жінок.
Вчені також спостерігали когнітивні зміни та підвищений рівень стресу у Скотта під час польоту, що, знову ж таки, не може бути віднесено до космічних польотів.
За словами Фейнберга, це дослідження закладає основу для прогнозування генетичних та фізіологічних функцій космонавта під час довготривалої місії. Якщо ми знаємо, чого очікувати, ми можемо передбачити будь-які проблеми зі здоров’ям, з якими можуть зіткнутися космонавти, і забезпечити ефективність ліків та інших засобів під час місії.