Raport NASA o skutkach długiego przebywania w kosmosie na przykładzie bliźniaków

Reklama

pon., 04/15/2019 - 19:48 -- zzz

Czego się spodziewać po roku w kosmosie

Przestrzeń jest ostateczną granicą dla zrozumienia, w jaki sposób środowiska ekstremalne wpływają na fizjologię człowieka. Po bliźniaczych astronautach, z których jeden spędził roczną misję na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, Garrett-Bakelman i in. zbadał cechy molekularne i fizjologiczne, na które może mieć wpływ czas w przestrzeni (patrz Perspektywa Löbricha i Jeggo). Sekwencjonowanie składników pełnej krwi ujawniło, że długość telomerów, która jest ważna dla utrzymania się w dzielących się komórkach i może być związana ze starzeniem się człowieka, zmieniła się zasadniczo podczas lotu kosmicznego i ponownie po powrocie na Ziemię. W połączeniu ze zmianami w metylacji DNA w komórkach odpornościowych oraz efektami sercowo-naczyniowymi i poznawczymi, badanie to stanowi podstawę do oceny zagrożeń związanych z długotrwałym zamieszkaniem w przestrzeni.

Streszczenie strukturalne

WPROWADZENIE

Do tej pory 559 ludzi zostało przetransportowanych w kosmos, ale misje długotrwałe (> 300 dni) są rzadkie ( n= 8 razem). Długoterminowe misje, które zabiorą ludzi na Marsa i dalej, są planowane przez podmioty publiczne i prywatne na lata 2020 i 2030; dlatego też potrzebne są wszechstronne badania, aby ocenić wpływ długotrwałych lotów kosmicznych na ciało ludzkie, mózg i ogólną fizjologię. Środowisko kosmiczne staje się trudne i trudne ze względu na wiele czynników, w tym uwięzienie, izolację i narażenie na stresory środowiskowe, takie jak mikrograwitacja, promieniowanie i hałas. Wybór jednej z pary monozygotycznych (identycznych) bliźniaczych astronautów do pierwszej rocznej misji NASA umożliwił nam porównanie wpływu środowiska lotów kosmicznych na jednego bliźniaka z jednoczesnym wpływem środowiska Ziemi na genetycznie dopasowany obiekt.

RACJONALNE UZASADNIENIE

Znane oddziaływania środowiska lotów kosmicznych na zdrowie i wydajność człowieka, fizjologię oraz procesy komórkowe i molekularne są liczne i obejmują utratę gęstości kości, wpływ na sprawność poznawczą, zmiany mikrobiologiczne i zmiany w regulacji genów. Jednak poprzednie badania gromadziły bardzo ograniczone dane, nie obejmowały jednoczesnego wpływu na wiele systemów i typów danych w tym samym temacie lub były ograniczone do 6-miesięcznych misji. Pomiar tych samych zmiennych u astronauta podczas rocznej misji i w jego bliźniaku na Ziemi wskazał środki biologiczne, które mogą zostać wykorzystane do określenia efektów lotów kosmicznych. Przedstawiono tu zintegrowany, podłużny, wielowymiarowy opis skutków 340-dniowej misji na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

WYNIKI

Dane fizjologiczne, telomerowe, transkryptomiczne, epigenetyczne, proteomiczne, metabolomiczne, immunologiczne, mikrobiologiczne, sercowo-naczyniowe, wzrokowe i poznawcze zebrano w ciągu 25 miesięcy. Loty kosmiczne nie wpłynęły znacząco na niektóre funkcje biologiczne, w tym na odpowiedź immunologiczną (repertuar receptorów komórek T) na pierwszy test szczepienia w locie. Jednak znaczące zmiany w wielu typach danych zaobserwowano w związku z okresem lotów kosmicznych; większość z nich w końcu powróciła do stanu wstępnej inspekcji w okresie badania. Obejmowały one zmiany długości telomerów, regulację genów mierzoną zarówno w danych epigenetycznych, jak i transkrypcyjnych, skład mikrobiomu jelitowego, masę ciała, wymiary tętnicy szyjnej, grubość podścienną naczyniówki i całkowitą grubość siatkówki okołopłonowej oraz metabolity surowicy. Dodatkowo, na niektóre czynniki istotny wpływ miał stres związany z powrotem na Ziemię, w tym cytokiny zapalne i sieci genów odpowiedzi immunologicznej, a także wydajność poznawcza. W przypadku kilku środków trwałe zmiany zaobserwowano nawet po 6 miesiącach na Ziemi, w tym poziomy ekspresji niektórych genów, zwiększone uszkodzenie DNA z inwersji chromosomów, zwiększoną liczbę krótkich telomerów i osłabioną funkcję poznawczą.

WNIOSEK

Biorąc pod uwagę, że większość biologicznych i ludzkich zmiennych zdrowotnych pozostała stabilna lub powróciła do poziomu wyjściowego, po 340-dniowej misji kosmicznej, dane te sugerują, że zdrowie ludzkie może być w większości utrzymywane przez ten czas lotów kosmicznych. Trwałość zmian molekularnych (np. Ekspresja genów) i ekstrapolacja zidentyfikowanych czynników ryzyka dla dłuższych misji (> 1 rok) pozostają szacunkowe i należy je wykazać za pomocą tych środków u przyszłych astronautów. Wreszcie, zmiany opisane w tym badaniu podkreślają ścieżki i mechanizmy, które mogą być podatne na loty kosmiczne i mogą wymagać zabezpieczeń dla dłuższych misji kosmicznych; dlatego służą jako przewodnik dla ukierunkowanych środków zaradczych lub monitorowania podczas przyszłych misji.

Wielowymiarowe, podłużne testy badania NASA Twins.

(Lewy i środkowy) Genetycznie identyczne osobniki bliźniacze (ziemia i lot) scharakteryzowano w 10 uogólnionych metodach biomedycznych przed (przed lotem), podczas (w locie) i po locie (postflight) łącznie przez 25 miesięcy (koła wskazują punkty czasowe, w których zebrano dane). (Po prawej) Dane zostały zintegrowane, aby prowadzić metryki biomedyczne w różnych „-portach” dla przyszłych misji (koncentryczne okręgi wskazują, od wewnętrznego do zewnętrznego, cytokiny, proteom, transkryptom i metylom).

Abstrakcyjny

Aby zrozumieć wpływ długotrwałych lotów kosmicznych na zdrowie, jeden identyczny bliźniaczy astronauta był monitorowany przed, podczas i po rocznej misji na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej; jego bliźniak służył jako genetycznie dopasowana kontrola naziemna. Oceny podłużne zidentyfikowały zmiany specyficzne dla lotów kosmicznych, w tym zmniejszoną masę ciała, wydłużenie telomerów, niestabilność genomu, rozdęcie tętnicy szyjnej i zwiększoną grubość błony wewnętrznej i środkowej, zmienioną strukturę oka, zmiany transkrypcyjne i metaboliczne, zmiany metylacji DNA w szlakach związanych ze stresem immunologicznym i oksydacyjnym, zmiany mikrobioty przewodu pokarmowego i pewne pogorszenie funkcji poznawczych. Chociaż średnia długość telomerów, globalna ekspresja genów i zmiany mikrobiomu powróciły do ​​poziomów zbliżonych do wstępnych w ciągu 6 miesięcy po powrocie na Ziemię, zaobserwowano zwiększoną liczbę krótkich telomerów i ekspresja niektórych genów była nadal zakłócona. Te multiomiczne, molekularne, fizjologiczne i behawioralne zbiory danych stanowią cenną mapę drogową domniemanych zagrożeń dla zdrowia przyszłych lotów kosmicznych.

Autor: 
zzz
Źródło: 

science.sciencemag.org

Dodaj komentarz

CAPTCHA
Przepisz kod z obrazka.
6 + 5 =
Rozwiąż proszę powyższe zadanie matematyczne i wprowadź wynik.

Reklama