Данный материал является переводом оригинальной статьи, размещённой на сайте The Conversation.
За всю историю космических полётов в космос отправились лишь около 600 человек. Большинство астронавтов за последние шесть десятилетий были мужчины среднего возраста, выполнявшие короткосрочные миссии продолжительностью менее 20 дней.
Сегодня, с появлением частных, коммерческих и многонациональных космических провайдеров и путешественников, мы становимся свидетелями новой эры человеческих космических полётов. Сейчас миссии нередко варьируются от минут и часов до дней и месяцев.
По мере того как человечество в ближайшее десятилетие готовится вернуться на Луну, космические миссии будут значительно продолжительнее, с участием большего числа космических путешественников и даже космических туристов. Это также означает, что экстремальные условия космоса будут испытывать представители разнообразных групп — женщины, люди различных этнических групп, возрастов и состояний здоровья.
Поскольку люди по-разному реагируют на уникальные стрессы и воздействия космоса, исследователи в области космического здоровья, такие как я, стремятся лучше понять влияние космических полётов на человеческое здоровье. Обладая такой информацией, мы можем разработать способы помощи астронавтам в поддержании здоровья как во время полёта, так и после возвращения на Землю.
Как часть исторического исследования близнецов NASA, в 2019 году я и мои коллеги опубликовали революционные исследования о том, как одногодичное пребывание на борту Международной космической станции влияет на человеческий организм.
Я радиационный онкобиолог в отделе экологического и радиологического здоровья штата Колорадо в Университете Колорадо. В последние годы я продолжаю развивать эти ранние исследования в серии статей, недавно опубликованных в портфолио журналов Nature.
Эти статьи входят в пакет «Space Omics and Medical Atlas», включающий в себя рукописи, данные, протоколы и репозитории, представляющие самую крупную коллекцию, когда-либо собранную для аэрокосмической медицины и космической биологии. Более 100 учреждений из 25 стран внесли свой вклад в координированную публикацию разнообразных данных о космических полётах.
Исследование близнецов NASA
Исследование близнецов NASA стало уникальной возможностью для науки.
Для первой в своём роде миссии продолжительностью год NASA выбрала астронавта Скотта Келли (Scott Kelly), который провёл год на борту Международной космической станции с 2015 по 2016 год. В то же время его идентичный брат-близнец, Марк Келли (Mark Kelly), бывший астронавт и нынешний сенатор США, представляющий Аризону, пребывал на Земле.
Моя команда и я исследовали образцы крови, взятые у близнеца в космосе и его генетически схожего близнеца на Земле до, во время и после космического полёта. Мы обнаружили, что теломеры Скотта — защитные концы хромосом, подобные пластиковым наконечникам на шнурках, предотвращающим их расслоение — в течение его года в космосе неожиданно удлинились.
Однако по возвращении на Землю теломеры Скотта быстро сократились. В течение следующих месяцев его теломеры восстановились, но остались короче, чем были до его полёта в космос.
По мере старения теломеры из-за различных факторов, включая стресс, укорачиваются. Длина теломер может служить биологическим показателем риска развития возрастных заболеваний, таких как деменция, сердечно-сосудистые заболевания и рак.
В отдельном исследовании моя команда изучала группу из 10 астронавтов, находившихся в шестимесячных миссиях на борту Международной космической станции. У нас также была контрольная группа участников того же возраста и пола, которые оставались на Земле.
Мы измеряли длину теломер до, во время и после космического полёта и снова обнаружили, что теломеры удлинялись во время полёта в космосе, а затем сокращались после возвращения на Землю. В общей сложности у астронавтов после космического полёта было намного больше коротких теломер, чем до полёта.
Один из других исследователей из Twins Study, Кристофер Мейсон (Christopher Mason), и я провели ещё одно исследование теломер — на этот раз с близнецами, которые занимались восхождением на высокогорные вершины — аналогичной экстремальной средой, но только на Земле.
Мы обнаружили, что во время восхождения на Эверест теломеры у альпинистов удлинялись, а после спуска — сокращались. Их же близнецы, которые оставались на низкой высоте, не испытывали таких же изменений длины теломер. Эти результаты демонстрируют, что изменения длины теломер, которые мы наблюдали у астронавтов, не связаны с микрогравитацией на космической станции — более вероятно, что причиной являются другие факторы, такие, например, как повышенное облучение.
Гражданские лица в космосе
В нашем последнем исследовании мы изучали теломеры членов экипажа на борту миссии «Inspiration4» компании SpaceX в 2021 году. Эта миссия была первой в истории с космическим экипажем, состоящим исключительно из гражданских лиц, чей возраст охватывал четыре десятилетия. У всех членов экипажа теломеры во время миссии удлинились, у троих же из четырёх астронавтов по возвращении на Землю также наблюдалось сокращение теломер.
Что особенно интересно в этих открытиях, так это то, что миссия «Inspiration4» продлилась всего 3 дня. Это значит, что у учёных теперь есть последовательные и воспроизводимые данные о реакции теломер на космический полёт, и мы знаем, что эти изменения происходят быстро. Полученные результаты указывают на то, что даже короткие путешествия, например, выходные в космосе, могут быть связаны с изменениями длины теломер.
Учёные до сих пор не полностью понимают влияние таких изменений длины теломер на здоровье на долгосрочной основе. Нам потребуется больше исследований, чтобы выяснить, как длинные и короткие теломеры могут повлиять на долгосрочное здоровье астронавтов.
Теломерная РНК
В другой статье мы показали, что экипаж миссии «Inspiration4», а также Скотт Келли и альпинисты, покоряющие высокие горные вершины, демонстрировали увеличенные уровни теломерной РНК, известной как TERRA.
Теломеры состоят из множества повторяющихся последовательностей ДНК. Они транскрибируются в TERRA, что способствует структуре теломер и помогает им выполнять свои функции.
Вместе с лабораторными исследованиями эти результаты показывают, что теломеры во время космических полётов подвергаются повреждениям. И хотя ещё многое остаётся неизвестным, мы знаем, что теломеры особенно чувствительны к окислительному стрессу. Таким образом, хроническое окислительное повреждение, которое испытывают астронавты при круглосуточном воздействии космической радиации, вероятно, способствует теломерным реакциям, которые мы наблюдаем.
Мы также написали обзорную статью с более футуристическим взглядом на то, как лучшее понимание теломер и старения может начать влиять на способность людей не только выживать в длительных космических путешествиях, но и процветать и даже колонизировать другие планеты. Для этого потребуется, чтобы люди стали размножаться в космосе, а будущие поколения росли в космосе. Мы пока не знаем, возможно ли это вообще.
Теломеры растений в космосе
Мои коллеги и я также внесли свой вклад в другие работы для пакета «Space Omics and Medical Atlas», включая статью, опубликованную в Nature Communications. Исследовательская группа, возглавляемая техасским биологом A&M Дороти Шиппен (Dorothy Shippen) и биологом из Университета Огайо Сарой Ваятт (Sarah Wyatt), обнаружила, что, в отличие от людей, растения, летавшие в космос, не имели более длинных теломер во время пребывания на борту Международной космической станции.
Однако растения значительно увеличили выработку теломеразы — фермента, который помогает поддерживать длину теломер.
Как известно тем, кто смотрел «Марсианина», растения играют важную роль в долгосрочном выживании человека в космосе. Это открытие подтверждает, что, возможно, растения естественно лучше приспособлены к тяжёлым условиям космоса, чем люди.
