Маючи двох близнюків-космонавтів, місія була зрозумілою: потрібно було скористатися і вивчити зміни організму в просторі, маючи одну копію на землі, а другу на орбіті. Це дуже короткий підсумок дослідження, проведене НАСА завдяки близнюкам Скотту та Марку Келлі, остаточні висновки якого нарешті опубліковані.

результатах

Для огляду, саме Скотт майже рік прожив на Міжнародній космічній станції між 2015 і 2016 роками, в цей час його брат проводив дні на Землі, ведучи зовсім інше життя (особливо з точки зору сили тяжіння та атмосфери) . Десять дослідницьких груп вивчали фізіологію обох близнюків як під час перебування в космосі одного з них, так і через шість місяців після повернення, з метою мати ближче уявлення про те, скільки місця переходить до нашого тіла, і тепер ми знаємо результати.

Зовнішній вигляд може бути оманливим, коли справа стосується змін у просторі

У 2017 році ми вже мали перші сліди того, що мало бути довшим дослідженням, і ці перші дані дали нам вражаюче уявлення: близнюки вже не були такими близнюками, так би мовити, через зміни в організмі, який зазнав Скотт . Щось, що було відряджено пізніше, маючи змогу детально знати, які зміни в них спостерігаються перші етапи дослідження.

Зараз дослідження, проведене Франсіном Е. Гаррет-Бакельманом, Манджулою Дарші, Стефаном Дж. Гріном, Рубеном К. Гуром, Лінгом Ліном та Брендоном Р. Мачіасом, серед іншого опубліковано в Science. Робота, в якій висновки згруповані після дослідити організми обох монозиготних близнюків на фізіологічному та молекулярному рівнях, з метою створення основи для стану здоров’я, яке триває довгий час у космосі.

До цього часу з попередніх досліджень (перебування в космосі до шести місяців) було відомо, що тривале перебування в космосі може спричинити втрата щільності кісткової тканини, вплив на пізнання, зміни мікроорганізмів та зміни в регуляції генів. Отже, для цієї роботи були зібрані фізіологічні, теломерні, епігенетичні, метаболічні, імунологічні, мікробіологічні, серцево-судинні, когнітивні, білкові дані та стосовно генетичної транскрипції.

Результати показали, що на деякі біологічні функції не впливали занадто сильно умови мікрогравітації, серед яких є імунна відповідь, опосередкована Т-лімфоцитами, але вони виявили суттєві зміни довжина теломер, регуляція генів, кишкові бактерії, маса тіла, розміри сонної артерії, товщина сітківки та деякі метаболіти, крім функцій, на які впливав стрес повернення на землю.

Багатосистемні зміни

Зміни в експресії генів спостерігались у різних типах досліджуваних клітин, а також суттєві відмінності в кількості вимірюваних метаболітів. Це, говорячи більш конкретно, відображає un генотоксичний стрес, запалення та порушення обміну амінокислот («будівельні блоки» білків) під час перебування в космосі.

Найбільш значні зміни в метаболітах відбулися в сечі та меншою мірою у плазмі крові, враховуючи це підвищена активність певних клітин це сталося в космосі, а не на Землі (в клітинах CD4 і CD8 або в агрегації тромбоцитів). Інші фактори зростали під час перебування в космосі, такі як когнітивні показники або експресія генів, пов’язані з нейтрофілами (клітинами імунної системи), і зменшувались при поверненні на Землю.

Зміни довжини теломер

Це те, що ми вже бачили в перших висновках, і що вони підтверджують у цих остаточних висновках. Теломери - це, загалом кажучи, кінці хромосом (так би мовити, кінцеві частини ланцюгів ДНК, що залишаються на кінцях «ніжок» -хроматид- хромосом), функція яких полягає у захисті ДНК необхідною інформацією для синтез білка та інші аспекти. З віком стрес та інші фактори скорочуються (що, в свою чергу, є ключовим для старіння), але те, що було помічено у Скотта, це те їх теломери виросли під час перебування на МКС.

Звичайно, довжина її теломер зменшилася, як тільки вона повернулася на Землю всього за 48 годин, навіть залишившись нижче значень, отриманих до перебування в космосі, осідаючи в попередньому середньому значення в наступні місяці. Отже, вважається, що це збільшення могло бути зумовлене строгими рутинними вправами та суворою гіпокалорійною дієтою космонавта в космосі.

Пошкодження ДНК

Випромінювання, яке переносять люди без захисту атмосфери, є одним з основних факторів, які слід враховувати на рівні здоров’я, враховуючи, що під покривом озону та інших газів сильний вплив сонця вже має жахливі наслідки для наших клітин. У дослідженні було помічено саме те експресія гена була змінена, а також деякі ефекти на ДНК, такі як транслокації та міжхромосомні інверсії (обмін генетичними фрагментами між різними хромосомами або між частинами її).

Останнє зросло набагато більше у випадку Скотта, ніж Марка, і насправді ця зміна зберігалася після повернення близнюка на Землю, отже, випливає, що вплив радіації може спричинити постійні зміни в ДНК, а не лише тимчасові під час згаданої виставки. Однак суттєвих відмінностей у метилюванні ДНК не виявлено (що можна визначити як процес, який відбувається нормальним чином для зупинки експресії генів).

Таким чином, хоча спостерігаються генетичні зміни класифікуються як "мінімальні", дослідники вважають, що зміни, які зазнали гени промоторів у зв'язку з адаптацією до навколишнього середовища, впливають під час перебування в космосі. генетичні зміни спостерігалися у тих, хто бере участь у агрегації тромбоцитів (пов’язаній із рубцюванням), регуляції окостеніння та клітинної реакції на ультрафіолетове випромінювання B.

Імунна відповідь та запалення під час польотів у космос

Спостереження за іншою експресією генів, у свою чергу, свідчить про це численні імунні процеси змінюються при тривалому перебуванні в просторі. Вони також побачили ознаки запальної реакції (збільшення цитокінів та інших реактивних білків), частина якої зростає з днів до польоту і продовжується під час перебування і навіть вже на Землі.

А про що імунна відповідь на вакцину? Обоє отримали вакцину проти грипу, і не було виявлено суттєвих відмінностей між одним близнюком та іншим, тому в цьому відношенні наша захисна система, схоже, реагує подібним чином.

Зміни мікробіоти

Перші висновки вже вказували на те, що популяція бактерій змінювалася під час перебування в космосі. Щось над чим подумати, оскільки це пов’язано з дієта і космонавтів настільки ж особлива, як і особлива.

Після повного дослідження було виявлено, що бактеріальна флора Марка була багатшою, ніж у Скотта, але що між одними та іншими також не було вражаючих відмінностей. У фекальних зразках обох виявлено велику кількість бактерій Firmicutes та Bacteroidetes, хоча було видно, що певні таксономічні групи та їх генетична функція були змінені під час перебування обох близнюків у космосі (Марк проводив там час до навчання).

Адаптація мітохондрій

Мітохондрії - це клітинні органели, де відбувається клітинне дихання, забезпечуючи значну частину енергії, необхідної для клітинної діяльності. І що було видно на цьому рівні, так це те, що рівень мітохондріальної РНК (генетичного матеріалу, що міститься в цій органелі) збільшився під час перебування в космосі, з чого випливає, що існує збільшення клітинного дихання (потрібно більше енергії).

Крім того, було виявлено підвищення рівня молочної кислоти, що разом з іншими показниками загальної експресії свідчить про проходження анаеробного метаболізму (без кисню). Тобто є зміни метаболізму через меншу кількість кисню і різниці в парціальному тиску однакові.

Зміни серцево-судинної системи та маси тіла

Як і очікували попередні дослідження, зміни товщини артерій спостерігались у близнюків, які проводили час на міжнародній космічній станції, залишається товщі до чотирьох днів після повернення на землю. Це також пов’язано з підвищеним індексом запалення, про який ми вже згадували раніше, і це, в свою чергу, пов’язано зі стресовими умовами життя в космосі, туди і назад.

Таким чином, та обмежувальна дієта, яку ми запам’ятали, впливає на масу тіла, і у Скотта вона була виявлена 7% втрата маси тіла під час перебування на МКС (Марку було краще на Землі, збільшивши його на 4%). Зменшення обсягу сечі близнюків також спостерігалося в космосі щодо передпольотних значень, і в подальших аналізах вже на Землі були ознаки цієї втрати маси тіла.

Когнітивні та нервово-очні зміни

Як і при потовщенні артерій, також спостерігалося збільшення товщини стінок яремної вени та сітківки, що свідчить про наявність набряку в цій ділянці близнюка на МКС. Крім того, у сечі астронавта спостерігалося збільшення метаболіту, пов’язаного з космонавтом. патології сітківки, хоча це вже зменшилось в аналізі після перебування.

І з точки зору когнітивних процесів суттєвих змін не спостерігалося, але спостерігалося певне зменшення результатів Скотта під час перебування в космосі (чого не було помічено в попередніх тестах, коли обидва двійнята були на суші). Так, різниця в результатах була більшою одного разу я повернувся з космосу, що тривало до шести місяців після його повернення.

Хороша база для місій (і досліджень) у майбутньому

При всьому цьому дослідження відображає зміни в організмі, пов’язані з тривалим перебуванням у космосі, з метою зробити його основою для підготовки астронавтів до майбутніх тривалих подорожей, а також основою для майбутніх подібних робіт. Вони вважають це Є десять ключових фізіологічних процесів, на які слід стежити у довгострокових поїздках:

  • Маса тіла та харчування.
  • Регулювання довжини теломер.
  • Збереження генетичної стабільності.
  • Здоров’я судин.
  • Адаптація очних структур.
  • Зміни метаболізму.
  • Генетичні зміни.
  • Зміни рівня ліпідів.
  • Реакція бактерій.
  • Когнітивні функції.

Вони пояснюють, що багато висновків можуть бути пов'язані з гіпокалорійна дієта та схуднення досвідчене перебування в космосі з впливом на кров'яний тиск (падіння) Також спостерігалося збільшення молочної кислоти та плазми в сечі, що пов'язано з інтенсивними фізичними навантаженнями, які вони піддаються на МКС.

Що вони також роблять висновок, це те, що повернення на Землю - це дуже стресовий процес що є однією з найважливіших фізіологічних проблем космічної місії з посиленими реакціями опорно-рухового апарату, серцево-судинної та запальної реакцій. Існує також занепокоєння щодо довгострокового впливу на когнітивну, серцево-судинну та очну системи, включаючи молекулярні функції в клітинах космонавтів.

Вони наполягають на цьому подібні дослідження потрібні для якісної підготовки місій як подорож на Марс (за оцінками, триватиме два-три роки), і на сьогодні, за даними NASA, лише вісім місій тривали більше 300 днів. І оскільки ці ефекти можуть бути підтверджені, будуть розглянуті спеціальні заходи щодо зменшення цих ризиків, спричинених постійним впливом радіації, дієти, мікрогравітації та інших умов перебування в космосі.