Członkowie załogi misji Inspiration4, od lewej: Chris Sembroski, Sian Proctor, Jared Isaacman i Haley Arseneaux. Źródło: załoga Inspiration4

Krótkoterminowe podróże kosmiczne powodują wiele takich samych zmian molekularnych i fizjologicznych, jak długoterminowe misje kosmiczne, ale większość z nich odwraca się w ciągu kilku miesięcy od powrotu na Ziemię. Jednak zgodnie z wynikami zakrojonego na szeroką skalę międzynarodowego przedsięwzięcia badawczego prowadzonego przez badaczy z Weill Cornell Medicine, SpaceX i innych organizacji te zmiany, które są trwalsze i wyraźniejsze u poszczególnych członków załogi, ujawniają nowe cele medycyny lotniczej i mogą wyznaczać kierunki nowych misji.

Dr Christopher Mason, profesor genomiki i biomedycyny obliczeniowej WorldQuant w Weill Cornell Medicine, kierował projektem Space Omics and Medical Atlas (SOMA) wraz z dr Afshinem Beheshtim z Broad Institute i NASA. W sumie w projekcie wzięło udział ponad 100 badaczy z instytucji z ponad dwudziestu krajów. Wspólnie współpracownicy 10-krotnie zwiększyli ilość danych dotyczących lotów załogowych w przestrzeń kosmiczną, w tym analizy zmian regulacja genów, produkcja białek, metabolizm i drobnoustroje w organizmie człowieka.

Wyniki opublikowano 11 czerwca w formie zbioru 40 artykułów Natura czasopismach i podsumowane w Przegląd papier.

Zespół SOMA, w skład którego wchodzi współautor-korespondent dr Cem Meydan, adiunkt w dziedzinie badań biologii obliczeniowej w medycynie w Weill Cornell Medicine, również zebrał ponad 75 miliardów sekwencji genetycznych w interaktywnym atlasie dostępnym dla innych badaczy, oraz Weill Cornell Medicine będzie stanowić repozytorium dla prawie 3000 próbek biologicznych z badań. Zespół dr Masona rozpoczął już zbieranie próbek z innych misji i nawiązał kilka nowych międzynarodowych współpracy w celu zharmonizowania wysiłków w zakresie badań nad lotami kosmicznymi.

„To największa skarbnica danych dotyczących astronautów i biologii przestrzeni kosmicznej, jaką kiedykolwiek opublikowano” – powiedział dr Mason, który jest także profesorem fizjologii i biofizyki, profesorem neurologii w Instytucie Badań nad Mózgiem i Umysłem Rodziny Feil, członkiem Sandra i Edward Meyer Cancer Center oraz dyrektor WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction w Weill Cornell Medicine. „Mamy nadzieję, że udostępnianie danych pomoże przyspieszyć odkrycia dotyczące wpływu lotów kosmicznych na zdrowie i przyniesie fundamentalne odkrycia dotyczące ogólnego zdrowia ludzkiego”.

Komercyjni astronauci

Kiedy 16 września 2021 r. wystartowała misja Inspiration4 z pierwszą całkowicie cywilną, czteroosobową załogą, która odbyła trzydniowy lot na niską orbitę okołoziemską, zapewniła nauce niespotykaną dotąd szansę. Przed misją większość danych na temat wpływu podróży kosmicznych na zdrowie była zbierana przez agencje kosmiczne sponsorowane przez rząd od starannie wybranych i dobrze wyszkolonych astronautów, ale nie było jasne, czy takie dane zebrane od astronautów będą miały szersze zastosowanie do społeczeństwa; Misja Inspiration4 dała okazję, aby się tego dowiedzieć.

Doktor Mason był głównym badaczem prac misji Inspiration4 nad profilami klinicznymi załogi, badaniami multiomicznymi i biobankami. Członkowie załogi zebrani przed, w trakcie i po locie oraz zapewnił badaczom pełny dostęp do badań i udostępniania swoich danych. Przeprowadzili także szereg eksperymentów w trakcie lotu, w tym pierwsze w historii bezpośrednie sekwencjonowanie RNA i biopsję skóry astronautów. dr. David Lyden, Richard Granstein i Ari Melnick z Weill Cornell Medicine oraz dr Iwijn De Vlaminck z kampusu Cornell w Ithaca również wnieśli swój wkład w projekt.

Nowe dane porównano z danymi zebranymi z poprzednich lotów, w szczególności z badaniem NASA Twins Study, w którym dr Mason był także głównym badaczem. W ramach tego przedsięwzięcia przeanalizowano dane astronauty Scotta Kelly’ego podczas jego rocznej misji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w latach 2015–2016 i po jej zakończeniu i stwierdzono, że dłuższe loty kosmiczne przyczyniają się do znaczących zmian w ekspresji genów we krwi, szczególnie w układzie odpornościowym i naprawie DNA systemy. Nowe dane dr Jiwoon Park wykazały, że te różnice pojawiły się również na skórze.

Dane Inspiration4 wykazały, że wiele z tych samych zmian wystąpiło również u krótkoterminowych podróżników kosmicznych. Na przykład dr Mason opublikował badanie przeprowadzone wspólnie z dr Susan Bailey, które wykazało, że telomery, które pokrywają końce chromosomów, zaczęły się wydłużać nawet podczas 3-dniowej misji Inspiration4. Zaobserwowali także podobne zmiany w układzie odpornościowym, ze wzrostem poziomu białek przeciwzapalnych zwanych cytokinami u astronautów po ich powrocie do grawitacji.

Zmiany układu odpornościowego

Skok cytokin po ponownym wejściu był jedną z kilku zmian w układzie odpornościowym udokumentowanych przez badaczy Weill Cornell Medicine. Sekwencjonowanie genetyczne pojedynczych komórek, prowadzone przez dr JangKeuna Kima i dr Bradena Tierneya, współpracowników badawczych w laboratorium Mason, pomogło naukowcom zidentyfikować komórki odpornościowe zwane limfocytami T i monocytami CD16 jako komórki najbardziej reagujące na stres związany z lotem kosmicznym. Ci immunologowie, którzy jako pierwsi reagują, przechodzą dramatyczne zmiany w ekspresji genów i zmiany w chromatynie, które regulują ekspresję genów.

„Układ odpornościowy jest przygotowany do walki, ale jeszcze nie wie, z czym walczy” – stwierdził dr Mason. Zauważył, że narażenie podróżników kosmicznych na niskie dawki promieniowania może wywołać tę odpowiedź immunologiczną, a także zmiany w telomerach.

Podczas gdy niektóre części układu odpornościowego rosną, inne słabną. Na przykład u podróżnych występuje zmniejszona ekspresja genów kodujących białka układu odpornościowego zwane ludzkimi antygenami leukocytowymi, które pomagają organizmowi identyfikować wirusy i innych najeźdźców. To odkrycie może wyjaśniać, dlaczego około połowa podróżników kosmicznych i astronautów doświadczyła reaktywacji starych infekcji wirusowych, takich jak wirus opryszczki pospolitej-1, pierwotnie łagodny wirus wywołujący opryszczkę.

W innym badaniu, prowadzonym odpowiednio przez Nadię Houerbi i Irinę Matei, absolwentkę w laboratorium Mason i stażystę podoktorskiego w laboratorium w Lyden, znaleziono dowody na obecność białek mózgowych we krwi podróżników kosmicznych Inspiration4, a także we krwi sześciu japońskich astronautów i Scotta Kelly’ego. Odkrycie sugeruje pewne zakłócenia w barierze krew-mózg, która chroni mózg przed inwazją komórek odpornościowych. Próbki pochodzące z badań na myszach przeprowadzonych przez Xiao (Vivian) Mao na Uniwersytecie Loma Linda potwierdziły, że loty kosmiczne zaburzają funkcję bariery krew-mózg.

„Nie jest to nic niepokojącego, ale było zaskakujące i warto zwrócić na to uwagę podczas przyszłych misji” – powiedział dr Mason.

Chociaż załoga Inspiration4 doświadczyła wielu takich samych zmian, jak załoga przebywająca w kosmosie przez dłuższy czas, po locie szybko odzyskała siły. Dr Mason zauważył, że w ciągu sześciu miesięcy biologia załogi powróciła do stanu sprzed lotu w przypadku ponad 95% białek, stanów chromatyny i genów, w tym modyfikacji RNA zmierzonych przez Kirilla Grigoreva i Theodore’a Nelsona, badaczy z Mason Lab.

„Druga Era Kosmiczna” i Biobank Medycyny Kosmicznej

Odkrycia stanowią materiał do przyszłych badań. Pomimo posiadania danych dotyczących niewielkiej liczby podróżników kosmicznych badacze SOMA wykryli kilka różnic między mężczyznami i kobietami, korzystając z danych uzyskanych od dr Min Yu z Uniwersytetu Maryland. Na przykład kobiety podróżujące w kosmos szybciej po powrocie na Ziemię wracają do stanu sprzed lotu, mimo to poziom niektórych cytokin utrzymywał się u kobiet na podwyższonym poziomie dłużej niż u mężczyzn, co potwierdzono u 64 innych astronautów. Indywidualne reakcje fizjologiczne na podróże kosmiczne również były zróżnicowane, a geny związane z przetwarzaniem leków (tzw. farmakogenomika) również były różne.

„Być może będziemy musieli personalizować leki i inne środki zaradcze dla różnych członków załogi w oparciu o ich indywidualne reakcje na lot kosmiczny” – stwierdził główny i współautor przeglądu przeglądu badania SOMA, dr Eliah Overbey, pracownik naukowy w laboratorium dr Masona podczas badaczka, która obecnie rozpoczyna własne laboratorium bioastronautyki na Uniwersytecie w Austin.

Udostępnienie atlasu i biobanku większej liczbie naukowców może pomóc przyspieszyć tempo odkryć dotyczących wpływu lotów kosmicznych i jego powiązań ze starzeniem się, chorobami przewlekłymi i według dr Overbey. Zauważyła, że ​​podróże kosmiczne naśladują niektóre skutki starzenia się, takie jak utrata kości i mięśni, i mogą stanowić sposób na testowanie leków przeciwdziałających tym zmianom.

„Udostępnienie danych całej społeczności naukowej zwiększa naszą zdolność do tworzenia powiązań między zmianami związanymi z przestrzenią kosmiczną a zdrowiem człowieka w ujęciu bardziej ogólnym” – stwierdziła.

Dr Overbey zasugerował również, że rosnąca liczba komercyjnych lotów kosmicznych i załóg może pomóc w rozszerzeniu zbioru danych i zwiększeniu jego możliwości wykrywania mniejszych różnic.

„Wkraczamy w nową erę kosmiczną” – powiedział dr Mason. „Mamy coraz więcej danych niż kiedykolwiek wcześniej i będziemy potrzebować wszystkich możliwych danych biomedycznych, aby medycyna precyzyjna dla przyszłych załóg stała się rzeczywistością i aby przygotować się na dłuższe misje na Księżyc i Marsa”.

Instytucje uczestniczące obejmowały Japońską Agencję Badań Kosmicznych (JAXA); Europejska Agencja Kosmiczna; Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA); oraz SpaceX, firma oferująca komercyjne misje lotów kosmicznych.

Więcej informacji:
Eliah G. Overbey i in., The Space Omics and Medical Atlas (SOMA) oraz międzynarodowy biobank astronautów, Natura (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07639-y

Cytat: Komercyjni astronauci rzucają światło na wpływ lotów na zdrowie i tworzą atlas lotów kosmicznych (2024, 11 czerwca) pobrano 11 czerwca 2024 z https://medicalxpress.com/news/2024-06-commercial-astronauts-flights-health-impacts.html

Niniejszy dokument podlega prawu autorskiemu. Z wyjątkiem uczciwego obrotu w celach prywatnych studiów lub badań, żadna część nie może być powielana bez pisemnej zgody. Ta zawartość jest w jedynie w celach informacyjnych.



źródło