Je rok ve vesmíru, abyste byli starší nebo mladší?


Výsledky studie NASA Twins Study, která proběhla v letech 2015–2016, byly zveřejněny 11. dubna 2019 v časopise Science . NASA uvedla, že práce - zahrnující práci 10 výzkumných týmů „… odhaluje některé zajímavé, překvapivé a uklidňující údaje o tom, jak se jedno lidské tělo přizpůsobilo - a zotavilo se - z extrémního prostředí vesmíru.“

Susan Bailey, Colorado státní univerzita

Každodenní život na palubě Mezinárodní vesmírné stanice se pohybuje rychle. Velmi rychle. Astronauti, kteří cestují rychlostí přibližně 17 000 mil za hodinu, 300 mil nad Zemí, sledují každý den „16 východů slunce a západů slunce“, zatímco se vznášejí v krabici s hrstkou lidí, na kterých závisí pro přežití.

Člověk se nemusí dívat dál než na hollywoodské blockbustery jako „Marťan“, „> Gravitace“ a „mezihvězdný“ na futuristické vize života za Zemí, když se vydáváme déle a hlouběji do vesmíru. Ale co reakce lidského těla na vesmírný let v reálném životě - jaké jsou účinky na zdraví? Budou cestující ve vesmíru stárnout jiným tempem než my na Zemi? Jak jsme adaptabilní na vesmírné prostředí?

Už nejsou dvojče Space Scott a Earth twin identické? Obrázek přes Robert Markowitz / NASA.

Jistě se jedná o obavy NASA. Jak vesmírné cestování a dlouhodobé mise mohou změnit lidské tělo a zda jsou tyto změny trvalé nebo reverzibilní, jakmile se astronauti vrátí na Zemi, je do značné míry neznámé. Příležitost prozkoumat tyto zajímavé otázky vyvstala u identických dvojčat astronautů Scott a Mark Kelly.

V listopadu 2012 NASA vybrala astronauta Scott Kelly pro svou první roční misi. Na tiskové konferenci nedlouho poté naznačil Scott, že tato mise může poskytnout šanci porovnat dopad vesmíru na jeho tělo s jeho identickým dvojčatem Markem Kellym, který byl také astronautem a bývalý zkušební pilot námořnictva. Je pozoruhodné, že Kelly dvojčata byli jedinci podobné „přírody (genetiky) a péče (prostředí)“, a tak byl vytvořen dokonalý vesmírný experiment - představující „vesmírné dvojče a dvojče Země“ jako hvězdy. Scott strávil rok ve vesmíru na palubě Mezinárodní vesmírné stanice, zatímco jeho totožný dvojče, Mark, zůstal na Zemi.

Studie dvojčat NASA představuje nejkomplexnější pohled na odezvu lidského těla na vesmírný let, který byl kdy proveden. Výsledky povedou budoucí studie a personalizované přístupy pro hodnocení zdravotních dopadů jednotlivých astronautů na nadcházející roky.

Jako biolog biologie na Colorado State University studuji dopad radiační expozice na lidské buňky. V rámci studie Dvojčata jsem se zvláště zajímal o vyhodnocení toho, jak se konce chromozomů, nazývané telomery, měnily o rok ve vesmíru.

Jednoho dne před tím, než astronaut Scott Kelly dosáhne šestiměsíční známky ve vesmíru, mluví naživo z palubní lodi ISS s Johnem Hughsem, vlevo, jeho dvojčatem Markem Kellym a Astronautem Terry Virtsem. Obrázek přes NASA / Bill Ingalls.

Škádlení zdravotních účinků kosmického života

NASA zavolala a vybrala 10 recenzovaných vyšetřování z celé země pro studii Dvojčata. Studie zahrnovaly molekulární, fyziologická a behaviorální měření a vůbec poprvé v astronautech studie založené na omics . Některé týmy vyhodnotily vliv prostoru na genom - celý doplněk DNA v buňce (genomika). Další týmy zkoumaly, které geny byly zapnuty, a produkovaly molekulu zvanou mRNA (transkriptomika). Některé studie se zaměřily na to, jak chemické modifikace - které nemění kód DNA - ovlivnily regulaci genů (epigenomika). Někteří vědci zkoumali proteiny produkované v buňkách (proteomika), zatímco jiní zkoumali produkty metabolismu (metabolomika).

Byly také provedeny studie zkoumající, jak může vesmírné prostředí změnit mikrobiom - soubor bakterií, virů a hub, které žijí v našem těle a na něm. Jedno vyšetřování zkoumalo imunitní odpověď na vakcínu proti chřipce. Další týmy prohledávaly biologické vzorky společnosti Scott pro biomarkery aterosklerózy a posuny tekutin vzhůru v těle kvůli mikrogravitaci, která může ovlivnit vidění a způsobit bolesti hlavy. Kognitivní výkon byl také hodnocen pomocí počítačově prováděných kognitivních testů speciálně určených pro astronauty.

Více než 300 biologických vzorků - stolice, moči a krve - bylo odebráno z dvojčat několikrát před, během a po jednoroční misi.

Kelly dvojčata jsou bezpochyby jedním z nejvíce profilovaných párů - na naší planetě nebo mimo ni. Jsou také jedním z nejvíce dotazovaných. Jednou z často kladených otázek je, zda se Scott vrátí z vesmíru mladšího než Mark - situace připomínající „mezihvězdný“ nebo Einsteinův tzv. target = „_ blank“ Twin Paradox. Nicméně, protože ISS necestuje nikde blízko rychlosti světla vzhledem k nám, dilatace času - nebo zpomalení času v důsledku pohybu - je velmi minimální. Takže jakýkoli věkový rozdíl mezi bratry by byl jen pár milisekund.

Přesto je otázka stárnutí spojeného s vesmírným letem a doprovodného rizika rozvoje nemocí souvisejících s věkem, jako je demence, kardiovaskulární onemocnění a rakovina - během mise nebo po ní - důležitá a ta, na kterou jsme se zaměřili přímo v naší studii délky telomery.

Telomery jsou ochranné části DNA na špičce chromozomů. Jak lidé stárnou, telomery se zkracují. Obrázek přes Vectormine / Shutterstock.

Telomery jsou konce chromozomů, které je chrání před poškozením a „roztřepením“ - podobně jako na konci šněrování. Telomery jsou rozhodující pro udržení stability chromozomu a genomu. Tělomery se však přirozeně zkracují s tím, jak se naše buňky dělí, a tak také, jak stárneme. Rychlost zkrácení telomer v průběhu času je ovlivněna mnoha faktory, včetně oxidačního stresu a zánětů, výživy, fyzické aktivity, psychických stresů a expozice životního prostředí, jako je znečištění vzduchu, UV záření a ionizující záření. Délka telomery tedy odráží genetiku, zkušenosti a expozice jedince a jsou tak informativními ukazateli celkového zdraví a stárnutí.

Telomery a stárnutí

Naše studie navrhla, že jedinečné stresy a mimo tento svět vystavují zážitky astronautů během kosmického letu - věci jako izolace, mikrogravitace, vysoké hladiny oxidu uhličitého a galaktické kosmické paprsky - urychlují zkracování a stárnutí telomer. Abychom to mohli vyzkoušet, vyhodnotili jsme délku telomer ve vzorcích krve obdržených od obou dvojčat před, během a po jednoroční misi.

Scott a Mark zahájili studii s relativně podobnými délkami telomer, což je v souladu se silnou genetickou složkou. Také, jak se očekávalo, byla délka Země-vázaných Markových telomer v průběhu studie relativně stabilní. Ale k našemu překvapení byly Scottovy telomery podstatně delší v každém časovém bodě a ve všech vzorcích testovaných během kosmického letu. To byl přesně opak toho, co jsme očekávali.

Po Scottově návratu na Zemi se délka telomery rychle zkrátila a během následujících měsíců se stabilizovala na téměř předletové průměry. Avšak z hlediska stárnutí a rizika nemoci měl po kosmickém letu mnohem kratší telomery než předtím. Naší výzvou je nyní zjistit, jak a proč dochází k takovým specifickým posunům v kosmickém letu v dynamice délky telomer.

Naše nálezy budou mít význam i pro pozemšťany, protože všichni stárneme a rozvíjíme podmínky související s věkem. Tyto výsledky studie Dvojčata mohou poskytnout nová vodítka k zúčastněným procesům, a tím zlepšit naše porozumění tomu, co bychom mohli udělat, abychom se jim vyhnuli nebo prodloužili zdravotní rozpětí.

Dlouhodobé zdravotní dopady dlouhodobého kosmického letu na zdraví je zatím třeba určit, ale studie TWINS představuje mezník v cestě lidstva na Měsíc, Mars a dále… a ve sci-fi sci-fi.

Susan Baileyová, profesorka radiační biologie a onkologie, Colorado State University

Tento článek je znovu publikován z konverzace na základě licence Creative Commons. Přečtěte si původní článek.

Sečteno a podtrženo: Výsledky přicházejí od dvojčat astronautů Kelly z studie NASA Twins Study.