Trumpalaikės kelionės į kosmosą sukelia daug tų pačių molekulinių ir fiziologinių pokyčių, kaip ir ilgalaikės kosminės misijos, tačiau dauguma jų pasikeičia per kelis mėnesius po grįžimo į Žemę. Tačiau, remiantis Weill Cornell Medicine, SpaceX ir kitų organizacijų tyrėjų didžiulio tarptautinio tyrimo rezultatais, tie ilgalaikiai ir skirtingi įgulos narių pokyčiai atskleidžia naujus aerokosminės medicinos tikslus ir gali paskatinti naujas misijas.
Dr. Christopheris Masonas, WorldQuant genomikos ir kompiuterinės biomedicinos profesorius Weill Cornell Medicine, kartu su Dr. Afshin Beheshti iš Broad Institute ir NASA vadovavo kosmoso omikos ir medicinos atlaso (SOMA) projektui. Iš viso prie projekto prisidėjo daugiau nei 100 tyrėjų iš institucijų iš daugiau nei dviejų dešimčių šalių. Kartu bendradarbiai 10 kartų padidino žmogaus skrydžio į kosmosą duomenų kiekį, įskaitant genų ekspresijos pokyčių, genų reguliavimo, baltymų gamybos, metabolizmo ir mikrobų žmogaus organizme analizę.
Rezultatai buvo paskelbti birželio 11 d. kaip 40 straipsnių rinkinys Gamta žurnaluose ir apibendrinti apžvalginiame dokumente.
SOMA komanda, įskaitant korespondentinį autorių dr. Cem Meydan, Weill Cornell Medicine medicinos kompiuterinės biologijos tyrimų docentą, taip pat sudarė daugiau nei 75 milijardus genetinių sekų interaktyviame atlase, prieinamame kitiems tyrėjams ir Weill Cornell Medicine. bus talpinama beveik 3000 tyrimų biologinių mėginių saugykla. Daktaro Masono komanda jau pradėjo rinkti pavyzdžius iš kitų misijų ir užmezgė keletą naujų tarptautinių bendradarbiavimo būdų, siekdama suderinti kosminių skrydžių tyrimų pastangas.
„Tai didžiausias kada nors išleistas astronautų ir kosmoso biologijos duomenų lobynas“, – sakė dr. Sandros ir Edwardo Meyer vėžio centro bei Weill Cornell medicinos kiekybinės prognozės WorldQuant iniciatyvos direktorius. „Tikimės, kad dalijimasis duomenimis padės paspartinti atradimus apie kosminių skrydžių poveikį sveikatai ir suteiks esminių atradimų žmonių sveikatai apskritai.
Komerciniai astronautai
Kai 2021 m. rugsėjo 16 d. prasidėjo „Inspiration4“ misija su pirmąja visų civilių keturių žmonių įgula, skirta trijų dienų skrydžiui į žemesnę Žemės orbitą, ji suteikė precedento neturinčią galimybę mokslui. Prieš misiją daugumą duomenų apie kosminių kelionių poveikį sveikatai surinko vyriausybės remiamos kosmoso agentūros iš kruopščiai atrinktų ir gerai apmokytų astronautų, tačiau buvo neaišku, ar tokie iš astronautų surinkti duomenys bus taikomi plačiau visuomenei; misija Inspiration4 suteikė galimybę išsiaiškinti.
Dr. Mason dirbo pagrindiniu tyrėju Inspiration4 misijoje, susijusioje su klinikiniais įgulos profiliais, daugiafunkciniais tyrimais ir biologine bankininkyste. Įgulos nariai rinko biologinius mėginius prieš skrydį, jo metu ir po jo ir suteikė tyrėjams visišką galimybę studijuoti ir dalytis savo duomenimis. Jie taip pat atliko daugybę eksperimentų skrydžio viduryje, įskaitant pirmąjį tiesioginį RNR sekos nustatymą ir astronautų odos biopsiją. Dr. David Lyden, Richard Granstein ir Ari Melnickas iš Weill Cornell Medicine ir daktaras Iwijn De Vlaminck iš Kornelio Ithakos universiteto taip pat prisidėjo prie projekto.
Nauji duomenys buvo lyginami su duomenimis, surinktais iš ankstesnių skrydžių, ypač NASA dvynių tyrimo, kurio pagrindinis tyrėjas taip pat buvo daktaras Masonas. Šios pastangos išanalizuoti astronauto Scotto Kelly duomenis per vienerius metus trukusią misiją Tarptautinėje kosminėje stotyje 2015–2016 m. ir po jos ir nustatyta, kad ilgesni skrydžiai į kosmosą prisideda prie reikšmingų genų ekspresijos pokyčių kraujyje, ypač imuninėje sistemoje ir DNR atstatyme. sistemos. Nauji daktaro Jiwoon Parko duomenys parodė, kad šie skirtumai atsirado ir odoje.
„Inspiration4“ duomenys parodė, kad daugelis tų pačių pokyčių įvyko ir trumpalaikiuose kosmoso keliautojuose. Pavyzdžiui, daktaras Masonas paskelbė tyrimą su daktare Susan Bailey, rodantį, kad telomerai, dengiantys chromosomų galus, pradėjo ilgėti net per 3 dienas trukusią Inspiration4 misiją. Jie taip pat pastebėjo panašius imuninės sistemos pokyčius, kai astronautams grįžus į gravitaciją padidėjo priešuždegiminių baltymų, vadinamų citokinais, kiekis.
Imuninės sistemos pakitimai
Citokinų šuolis po sugrįžimo buvo vienas iš kelių imuninės sistemos pokyčių, kuriuos dokumentavo Weill Cornell medicinos tyrėjai. Vienos ląstelės genetinė seka, kuriai vadovavo Masono laboratorijos moksliniai bendradarbiai dr. JangKeun Kim ir dr. Braden Tierney, padėjo mokslininkams nustatyti imunines ląsteles, vadinamas T ląstelėmis ir CD16 monocitais kaip ląsteles, kurios labiausiai reaguoja į kosminių skrydžių įtampą. Šie pirmieji imuniniai atsakai patiria dramatiškus genų ekspresijos pokyčius ir chromatino pokyčius, kurie reguliuoja genų ekspresiją.
„Imuninė sistema yra paruošta kovai, tačiau ji dar nežino, su kuo kovoja“, – sakė daktaras Masonas. Jis pažymėjo, kad kosmoso keliautojų poveikis mažos dozės spinduliuotei gali sukelti šį imuninį atsaką, taip pat telomerų pokyčius.
Kai kurios imuninės sistemos dalys sustiprėja, kitos – mažėja. Pavyzdžiui, keliautojai patiria sumažintą genų, koduojančių imuninės sistemos baltymus, vadinamus žmogaus leukocitų antigenais, kurie padeda organizmui atpažinti virusus ir kitus įsibrovėjus, ekspresiją. Šis atradimas gali paaiškinti, kodėl maždaug pusei kosmoso keliautojų ir astronautų vėl suaktyvėjo senos virusinės infekcijos, tokios kaip herpes simplex virusas-1, pirmiausia gerybinis virusas, sukeliantis lūpų pūslelinę.
Kitame tyrime, kuriam vadovavo Nadia Houerbi ir Masono laboratorijos magistrantė Irina Matei, atitinkamai Lyden laboratorijos doktorantė, aptiko smegenų baltymų įrodymų Inspiration4 kosmoso keliautojų kraujyje ir šešių japonų astronautų kraujyje. ir Scottas Kelly. Šis atradimas rodo tam tikrą kraujo ir smegenų barjero, kuris apsaugo smegenis nuo imuninių ląstelių invazijos, sutrikimą. Loma Lindos universiteto Xiao (Vivian) Mao tyrimų su pelėmis pavyzdžiai patvirtino, kad skrydis į kosmosą sutrikdė kraujo ir smegenų barjero funkciją.
„Tai nėra nieko nerimo, bet tai nustebino ir verta stebėti būsimose misijose“, – sakė daktaras Masonas.
Nors „Inspiration4“ įgula patyrė daug tų pačių pokyčių, kaip ir ilgalaikiai kosmoso keliautojai, po skrydžio jie greitai atsigavo. Daktaras Masonas pažymėjo, kad per šešis mėnesius įgulos biologija grįžo į priešskrydinę būseną daugiau nei 95 % baltymų, chromatino būsenų ir genų, įskaitant RNR modifikacijas, kurias išmatavo Kirilas Grigorevas ir Teodoras Nelsonas, Mason Lab tyrėjai.
„Antrasis kosmoso amžius“ ir „Aerospace Medicine Biobank“.
Išvados suteikia daug peno būsimiems tyrimams. Nepaisant duomenų apie nedidelį kosminių keliautojų skaičių, SOMA tyrėjai aptiko keletą vyrų ir moterų skirtumų, remdamiesi daktaro Min Yu iš Merilendo universiteto duomenimis. Pavyzdžiui, kosmoso keliautojos, grįžusios į Žemę, greičiau grįžta į savo būseną prieš skrydį, tačiau kai kurie citokinai moterų organizme išliko aukštesni ilgiau nei vyrų ir buvo patvirtinti 64 kitiems astronautams. Individualios fiziologinės reakcijos į kosmines keliones taip pat skyrėsi, o genai, susiję su vaistų apdorojimu (vadinami farmakogenomika), taip pat buvo skirtingi.
„Gali tekti pritaikyti vaistus ir kitas atsakomąsias priemones skirtingiems įgulos nariams, atsižvelgdami į jų individualų atsaką į skrydį į kosmosą“, – sakė SOMA tyrimo apžvalgos vadovas ir bendradarbis autorius dr. Eliah Overbey, daktaro Masono laboratorijos mokslinis bendradarbis. tyrime, kuris dabar pradeda savo bioastronautikos laboratoriją Ostino universitete.
Pasak dr. Overbey, padarius atlasą ir biobanką prieinamą daugiau mokslininkų, gali paspartėti kosminių skrydžių poveikio ir jo paralelių su senėjimu, lėtinėmis ligomis ir imuninės sistemos sutrikimais atradimų tempas. Ji pažymėjo, kad kelionės į kosmosą imituoja kai kuriuos senėjimo padarinius, pvz., kaulų ir raumenų nykimą, ir gali būti būdas išbandyti vaistus, kad būtų išvengta šių pokyčių.
„Duomenų atvėrimas visai mokslo bendruomenei padidina mūsų gebėjimą užmegzti ryšius tarp su kosmosu susijusių pokyčių ir žmonių sveikatos apskritai“, – sakė ji.
Dr. Overbey taip pat teigė, kad augantis komercinių skrydžių į kosmosą ir įgulų skaičius gali padėti išplėsti duomenų rinkinį ir padidinti jo galią aptikti mažesnius skirtumus.
„Mes įžengiame į naują kosmoso amžių“, – sakė daktaras Masonas. „Turime daugiau duomenų ir daugiau paleidimų į kosmosą nei bet kada anksčiau, todėl mums reikės visų įmanomų biomedicininių duomenų, kad tiksli medicina būsimoms įguloms taptų realybe ir pasiruoštume ilgesnėms misijoms į Mėnulį ir Marsą.
Tarp dalyvaujančių institucijų buvo Japonijos aerokosminių tyrimų agentūra (JAXA); Europos kosmoso agentūra; Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NASA); ir „SpaceX“, įmonė, siūlanti komercines kosminių skrydžių misijas.