Члены экипажа миссии SpaceX Inspiration4 2021. SpaceX, CC BY-NC
Всего около 600 человек когда-либо летали в космос. Подавляющее большинство астронавтов за последние шестьдесят лет были мужчинами среднего возраста, выполнявшими короткие миссии продолжительностью менее 20 дней.
Сегодня мы являемся свидетелями новой эры пилотируемых космических полетов, поскольку на рынок выходит все больше частных, коммерческих и транснациональных космических поставщиков и авиаторов. Миссии длились от минут, часов и дней до месяцев.
Поскольку человечество надеется вернуться на Луну в ближайшее десятилетие, космические миссии займут значительно больше времени и привлекут гораздо больше астронавтов и даже космических туристов. Это также означает, что большее разнообразие людей будет испытывать экстремальные условия космоса — больше женщин и людей разных национальностей, возрастов и уровней здоровья.
Поскольку люди по-разному реагируют на уникальные стрессоры и давление космоса, исследователи космического здравоохранения, такие как я, стремятся лучше понять влияние космических путешествий на здоровье человека. Обладая такой информацией, мы сможем придумать, как помочь астронавтам оставаться здоровыми как в космосе, так и после их возвращения на Землю.
В 2019 году в рамках исторического исследования близнецов НАСА мы с коллегами опубликовали революционное исследование о том, как год на борту Международной космической станции влияет на организм человека.
Я биолог по радиационному раку на факультете наук об окружающей среде и радиационном здоровье Университета штата Колорадо. В последние годы я расширил это более раннее исследование в серии статей, недавно опубликованных в различных журналах Nature.
Эти документы являются частью пакета рукописей, данных, протоколов и архивов Space Omics and Medical Atlas, который представляет собой крупнейшую коллекцию, когда-либо собранную по аэрокосмической медицине и космической биологии. Более 100 учреждений из 25 стран внесли свой вклад в скоординированную публикацию широкого спектра космических данных.
Исследование близнецов НАСА
В исследовании близнецов НАСА использовалась уникальная исследовательская возможность.
НАСА выбрало астронавта Скотта Келли для первой годовой миссии агентства, в ходе которой он провел год на борту Международной космической станции с 2015 по 2016 год. В тот же период на Земле оставался его брат-близнец Марк Келли, бывший астронавт и нынешний сенатор США от Аризоны.
Моя команда и я исследовали образцы крови, которые мы собрали до, во время и после космического полета от нашего близнеца и его генетически идентичного близнеца на Земле. Мы обнаружили, что теломеры Скотта — защитные колпачки на концах хромосом, которые защищают шнурок от изнашивания, подобно пластиковому кончику шнурка, — неожиданно стали длиннее за год его пребывания в космосе.
Однако, когда Скотт вернулся на Землю, его теломеры стали быстро укорачиваться. В последующие месяцы его теломеры восстановились, но после путешествия все еще были короче, чем до полета в космос.
С возрастом теломеры укорачиваются из-за различных факторов, включая стресс. Длина теломер может служить биологическим индикатором риска развития возрастных заболеваний, таких как деменция, сердечно-сосудистые заболевания и рак.
В отдельном исследовании моя команда исследовала группу из 10 астронавтов, выполнявших шестимесячные миссии на борту Международной космической станции. У нас также была контрольная группа участников того же возраста и пола, которые остались на Земле.
Мы измерили длину теломер до, во время и после космического полета и снова обнаружили, что теломеры были длиннее во время космического полета и укорачивались после возвращения на Землю. В целом после космического полета у астронавтов стало гораздо больше коротких теломер, чем до этого.
Мы с одним из других исследователей исследования близнецов, Кристофером Мейсоном, провели еще одно исследование теломер – на этот раз с участием альпинистов-близнецов – в аналогичных экстремальных условиях на Земле.
Мы обнаружили, что теломеры альпинистов были длиннее при восхождении на Эверест, а затем снова становились короче после спуска. Их близнецы, остававшиеся на небольшой высоте, не испытали таких же изменений длины теломер. Эти результаты позволяют предположить, что не микрогравитация космической станции стала причиной наблюдаемых нами у астронавтов изменений длины теломер — более вероятны другие причины, такие как повышенное радиационное воздействие.
Гражданские в космосе
В нашем последнем исследовании мы исследовали теломеры экипажа миссии Inspiration4 компании SpaceX в 2021 году. В этой миссии участвовал первый полностью гражданский экипаж, возраст которого составлял четыре десятилетия. Во время миссии теломеры всех членов экипажа удлинились, а у троих из четырех астронавтов также произошло укорочение теломер после возвращения на Землю.
Что особенно интересно в этих выводах, так это то, что миссия Inspiration4 продлилась всего три дня. Таким образом, теперь ученые не только располагают последовательными и воспроизводимыми данными о том, как теломеры реагируют на космический полет, но мы также знаем, что это происходит быстро. Эти результаты позволяют предположить, что даже короткие поездки, такие как поездка на выходные в космос, связаны с изменениями длины теломер.
Последствия таких изменений длины теломер для здоровья до сих пор не совсем ясны ученым. Нам все еще необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, как длинные и короткие теломеры могут повлиять на здоровье космонавта в долгосрочной перспективе.
Теломерная РНК
В другой статье мы показали, что команда Inspiration4, а также Скотт Келли и альпинисты-высотники имели повышенный уровень теломерной РНК, называемой TERRA.
Теломеры состоят из множества повторяющихся последовательностей ДНК. Они транскрибируются в TERRA, которая вносит вклад в структуру теломер и помогает им выполнять свою работу.
Эти результаты, наряду с лабораторными исследованиями, показывают, что теломеры повреждаются во время космического полета. Хотя многое еще неизвестно, мы знаем, что теломеры особенно чувствительны к окислительному стрессу. Хроническое окислительное повреждение, от которого страдают астронавты в результате 24-часового воздействия космической радиации, вероятно, способствует наблюдаемым реакциям теломер.
Мы также написали обзорную статью с более футуристическим взглядом на то, как лучшее понимание теломер и старения может помочь людям не только пережить длительные космические путешествия, но также процветать и даже колонизировать другие планеты. Чтобы это произошло, людям придется размножаться в космосе, а будущим поколениям придется расти в космосе. Мы пока не знаем, возможно ли это вообще.
Посадить теломеры в космос
Мои коллеги и я также внесли свой вклад в другие работы для пакета Space Omics и Medical Atlas, включая статью, опубликованную в Nature Communications. Исследовательская группа под руководством техасского биолога A&M Дороти Шиппен и биолога из Университета Огайо Сары Вятт обнаружила, что растения, которые летали в космос на борту Международной космической станции, не имели более длинных теломер, в отличие от людей.
Однако растения увеличили выработку теломеразы — фермента, который помогает поддерживать длину теломер.
Любой, кто видел «Марсианина», знает, что растения будут играть важную роль в долгосрочном выживании человека в космосе. Это открытие предполагает, что растения естественным образом могут лучше противостоять стрессовым факторам космоса, чем люди.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
