Dodano: 12 kwiecień 2019r.

Jak długi pobyt w kosmosie zmienia ludzki organizm? Oficjalne wyniki testów NASA na bliźniakach

NASA opublikowała wyniki badań nad zachowaniem się ludzkiego organizmu podczas długookresowego przebywania w przestrzeni kosmicznej. W badaniach wzięli udział dwaj bracia bliźniacy - astronauci NASA, Scott i Mark Kelly. Jeden z nich – Scott, przez blisko rok przebywała na ISS, podczas gdy drugi był na Ziemi. Wiele zmian genetycznych, biochemicznych i innych, które zaobserwowano u Scotta w trakcie jego pobytu w kosmosie, zniknęło po powrocie z Ziemię.

 

W badania zaangażowano braci bliźniaków Scotta i Marka Kelly. Projekt rozpoczął się w 2015 roku. Jeden z braci – Scott został wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), podczas gdy drugi został na Ziemi. Przez rok bracia byli regularnie poddawani tym samym badaniom medycznym. To dało NASA szansę porównania wyników Scotta, który przez rok przebywał w przestrzeni kosmicznej, z wynikami Marka, który jest jego genetyczną kopią, ale przez ten rok przebywał w swoim naturalnym środowisku, czyli na Ziemi.

Człowiek lata w kosmos od ponad pół wieku, ale wciąż niewiele nam wiadomo, jak nasze ciała zachowają się podczas długiego pobytu w przestrzeni kosmicznej. Kiedy trzy lata temu Scott Kelly wrócił na Ziemię, był o 2 centymetry wyższy. Uległa zmianie także jego masa ciała, bakterie jelitowe były zupełnie inne, jego telomery się wydłużyły i zmieniła się także ekspresja jego genów.

Wyniki z przełomowego badania bliźniaków z NASA zostały opublikowane w piśmie „Science”. Zintegrowany dokument obejmujący prace 10 zespołów badawczych ujawnia interesujące dane na temat tego, w jaki sposób ludzkie ciało przystosowało się do ekstremalnego środowiska przestrzeni kosmicznej i jak po powrocie na Ziemię organizm Scotta powrócił do poprzedniego stanu.

 

Ponieważ badanie obejmuje tylko dwie osoby, wyniki prawdopodobnie nie będą miały szerokiego zastosowania do innych astronautów. Ale NASA ma nadzieję wykorzystać te informacje do opracowania procedur badań zdrowia astronautów oraz do zaplanowania przyszłych eksperymentów. Zrozumienie, w jaki sposób ludzkie ciało reaguje na loty kosmiczne w perspektywie długoterminowej, będzie kluczowe dla utrzymania astronautów w zdrowiu podczas planowanych długich misji załogowych, takich jak misja na Marsa.

Przez dziesięciolecia naukowcy badali, w jaki sposób środowisko kosmiczne o niskiej grawitacji i wysokim promieniowaniu wpływa na ludzkie ciało. Wraz ze Scottem i Markiem Kelly, NASA dostała bezprecedensową szansę na porównanie dwóch osób o niemal identycznej informacji genetycznej i podobnych doświadczeniach życiowych.

Scott przebywał w kosmosie przez 340 dni na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej podczas badania, ale jego łączna liczba dni spędzonych w przestrzeni kosmicznej wynosi 520. Mark był w kosmosie tylko przez 54 dni, na co złożyły się cztery stosunkowo krótkie loty promem kosmicznym.

Przez 25 miesięcy dziesięć zespołów badawczych poddawało braci różnorakim testom. Scott i Mark byli badani przed, w trakcie i po zakończeniu misji Scotta. Różnica był taka, że Mark na Ziemi jadł, pił i robił, co chciał, podczas gdy Scott był poddawany rygorystycznemu reżimowi diety i ćwiczeń na pokładzie stacji kosmicznej.

- Badanie bliźniąt jest najbardziej wszechstronnym badaniem na reakcję ludzkiego ciała na loty kosmiczne, jakie kiedykolwiek mieliśmy szansę zrealizować – powiedziała Susan Bailey z Colorado State University.

- To badanie było ważnym krokiem w kierunku zrozumienia epigenetyki i ekspresji genów w przestrzeni kosmicznej - powiedział J.D. Polk z NASA. - Dzięki braciom Kelly i naukowcom, cenne dane zebrane w ramach badania pomogły uświadomić nam ogromną rolę spersonalizowanej medycyny w utrzymaniu zdrowych astronautów podczas głębokiej eksploracji kosmosu – dodał.

Wyniki badań wskazują na zmiany ekspresji genów, odpowiedzi układu immunologicznego, dynamiki telomerów czy zmiany funkcji poznawczych. Wiele ustaleń jest zgodnych z danymi zebranymi w poprzednich badaniach i innymi trwającymi badaniami.

Pierwsze, co zaobserwowali naukowcy, to wydłużenie telomerów w białych krwinkach u bliźniaka przebywającego w kosmosie. Telomery to końcowy fragment chromosomu, którego funkcją jest zabezpieczenie go przed uszkodzeniem podczas kopiowania. Z każdym kopiowaniem telomery stają się krótsze. W normalnych warunkach telomery skracają się wraz z wiekiem, jednak po roku przebywania w przestrzeni kosmicznej telomery Scotta wyraźnie urosły. 

Badacze uważają, że im człowiek ma dłuższe telomery, tym bardziej prawdopodobne jest to, że uniknie najbardziej przykrych skutków starzenia się i stanie się to później. Zaobserwowane przez badaczy wydłużenie telomerów podczas przebywania przez rok w przestrzeni kosmicznej można nazwać czymś w rodzaju odmłodzenia organizmu. Jednak, jak pokazały wyniki badań, wystarczyło pół roku na Ziemi, by telomery Scotta powróciły do normy, niektóre z nich nawet stały się krótsze. Telomery jego brata pozostawały stabilne przez cały okres badania. Ponieważ telomery są ważne dla stabilności genomowej komórek, dodatkowe badania dynamiki telomerów są planowane na przyszłe misje, aby sprawdzić, czy wyniki są powtarzalne.

Drugim kluczowym odkryciem jest to, że układ odpornościowy Scotta zareagował właściwie podczas pobytu w przestrzeni kosmicznej. Na przykład szczepionka przeciw grypie podawana w kosmosie działała dokładnie tak, jak na Ziemi. W pełni funkcjonujący układ odpornościowy podczas długotrwałych misji kosmicznych ma kluczowe znaczenie dla ochrony zdrowia astronautów przed oportunistycznymi mikrobami w środowisku statku kosmicznego.

Trzecim istotnym odkryciem jest zmienność ekspresji genów, która odzwierciedla sposób, w jaki organizm reaguje na środowisko, w którym przebywa. Daje to wskazówki naukowcom, w jaki sposób ekspresja genów może wpłynąć na organizm podczas długotrwałych lotów kosmicznych.

Podczas pobytu w kosmosie naukowcy zaobserwowali właśnie takie zmiany u Scotta. I choć większość powróciła do normy po sześciu miesiącach na Ziemi, to niewielki procent genów związanych z układem odpornościowym i naprawą DNA nie powrócił do stanu wyjściowego. W badaniach uczeni zidentyfikowali te geny. Mają one być przedmiotem kolejnych badań.  

- Podczas lotów kosmicznych zachodzi szereg zmian fizjologicznych i komórkowych - powiedziała Jennifer Fogarty, główny naukowiec Human Research Program w NASA Johnson Space Center w Houston. Przyznała, że to bardzo ważna praca, ale dodała, że to dopiero początek badań nad zachowaniem się ludzkiego organizmu w przestrzeni kosmicznej.

- To badanie dało nam pierwszy molekularny wgląd na zmiany genetyczne i zademonstrowało, w jaki sposób ludzkie ciało przystosowuje się do przebywania w kosmosie i pozostaje silne i odporne nawet po spędzeniu prawie roku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Dane zebrane podczas tego eksperymentu będą badane przez wiele lat – dodała Fogarty.

Nad publikacją w „Science” pracowało łącznie 82 naukowców z 12 uniwersytetów. Ich praca była koordynowana przez naukowców z NASA Human Research Program.

 

Źródło i fot.: NASA