Имайки двама близнаци астронавти, мисията беше ясна: беше необходимо да се възползваме и изучават промените в организма в космоса, като едното копие е на земята, а другото в орбита. Това е много, много краткото резюме на изследването, което НАСА извърши благодарение на близнаците Скот и Марк Кели, от които окончателните заключения най-накрая бяха публикувани.

изследването

Като преглед, Скот живее почти една година на Международната космическа станция между 2015 и 2016 г., през което време брат му прекарва дните си на Земята, водейки съвсем различен живот (особено по отношение на гравитационната сила и атмосферата) . Десет изследователски екипа са изучавали физиологията на двамата близнаци както по време на космическия престой на един от тях, така и шестте месеца след завръщането им, с цел имат по-близка представа за това колко място преминава в тялото ни, и сега знаем резултатите.

Външният вид може да бъде измамен, когато става въпрос за промени в пространството

През 2017 г. вече имахме първите следи от това, което трябваше да бъде по-дълго проучване, и тези първи данни ни дадоха поразителна представа: близнаците вече не бяха толкова близнаци, така да се каже, поради промените в организма, претърпял Скот . Нещо, което беше командировано по-късно, за да може да се знае в детайли какви промени се виждат в тях първите фази на изследването.

Сега в Science са публикувани изследвания, проведени от Francine E. Garrett-Bakelman, Manjula Darshi, Stefan J. Green, Ruben C. Gur, Ling Lin и Brandon R. Macias. Работа, в която след това са групирани заключенията изследвайте организмите на двете еднояйчни близнаци на физиологично и молекулярно ниво, с цел да има основа за здравословните условия, които дължат престоя в космоса.

Досега беше известно от предишни проучвания (на престоя до шест месеца в космоса), че продължителният престой в космоса може да причини загуба на костна плътност, ефекти върху познанието, промени в микроорганизмите и промени в генната регулация. Следователно за тази работа бяха събрани физиологични, теломерни, епигенетични, метаболитни, имунологични, микробиологични, кадиоваскуларни, когнитивни, протеинови данни и във връзка с генетичната транскрипция.

Резултатите показаха, че някои биологични функции не са силно повлияни от условията на микрогравитация, сред които е имунният отговор, медииран от Т лимфоцитите, но те са открили значителни промени в дължината на теломерите, генната регулация, чревните бактерии, телесното тегло, размерите на каротидната артерия, дебелината на ретината и някои метаболити, в допълнение към функциите, които са били засегнати от стреса от връщането на земята.

Мултисистемни промени

Наблюдавани са промени в генната експресия в различните видове изследвани клетки, както и значителни разлики в количеството на измерените метаболити. Това, говорейки по-конкретно, отразява un генотоксичен стрес, възпаление и нарушен метаболизъм на аминокиселини („градивните елементи“ на протеините) по време на престоя в космоса.

Най-значителните промени в метаболитите са настъпили в урината и в по-малка степен в кръвната плазма, като се има предвид това повишена активност на определени клетки това се е случило в космоса, а не на Земята (в CD4 и CD8 клетки или в агрегация на тромбоцити). Други фактори се увеличават по време на престоя в космоса, като когнитивно представяне или генна експресия, свързани с неутрофили (клетки на имунната система), и намаляват при връщане на Земята.

Промени в дължината на теломерите

Това е нещо, което вече видяхме в тези първи заключения и което те потвърждават в тези окончателни заключения. Теломерите са най-общо казано краищата на хромозомите (така да се каже, крайните части на ДНК веригите, които остават в краищата на "краката" -хроматиди- на хромозомите), чиято функция е да защитават ДНК с важна информация за синтез на протеини и други аспекти. С възрастта стресът и други фактори се съкращават (което от своя страна е от ключово значение за стареенето), но това, което се наблюдава при Скот, е това техните теломери са нараснали по време на престоя им на МКС.

Разбира се, дължината на неговите теломери е била намалена, след като тя се е върнала на Земята само за 48 часа, дори е останала под стойностите, получени преди космическия престой, като се е установила при предишната си средна стойност през следващите месеци. Следователно се счита, че това увеличение може да се дължи на строгата рутинна тренировка и строгата хипокалорична диета на космонавта в космоса.

ДНК увреждане

Радиацията, която хората понасят без защита на атмосферата, е един от основните фактори, които трябва да се вземат под внимание на здравното ниво, тъй като под покритието на озон и други газове високото слънчево излагане вече има ужасни последици за нашите клетки. Това, което се видя в проучването, е това генната експресия е променена, както и някои ефекти върху ДНК като транслокации и междухромозомни инверсии (обмен на генетични фрагменти между различни хромозоми или между части от нея).

Последният се е увеличил много повече в случая на Скот, отколкото на Марк и всъщност тази промяна се запазва, след като близнакът се е върнал на Земята, което означава, че излагането на радиация може да доведе до трайни промени в ДНК, а не само преходни по време на споменатото изложение. Не се забелязват обаче значителни разлики в метилирането на ДНК (което може да се определи като процес, който протича нормално за спиране на генната експресия).

По този начин, въпреки че наблюдаваните генетични промени са класифицирани като "минимални", изследователите смятат, че промените, претърпени от промоторните гени във връзка с адаптацията на околната среда, са засегнати по време на престоя в космоса. The генетични промени са наблюдавани при участниците в агрегацията на тромбоцитите (свързана с белези), регулирането на осификацията и клетъчния отговор на ултравиолетовото В лъчение.

Имунният отговор и възпалението по време на космически полети

Наблюдението на различна генна експресия от своя страна показва това многобройни имунни процеси се променят при продължителен престой в пространството. Те също така видяха признаци на възпалителен отговор (повишаване на цитокините и други реактивни протеини), част от които се увеличава от дните преди полета и продължава по време на престоя и дори вече на Земята.

И какво за имунния отговор на ваксина? И на двамата е дадена противогрипна ваксина и не са открити съществени разлики между единия и другия близнаци, така че в това отношение нашата защитна система изглежда реагира по подобен начин.

Промени в микробиотата

Първите открития вече дават индикации, че бактериалната популация се е променила по време на престоя в космоса. Нещо, за което да помислим, тъй като е свързано с диетата и тази на астронавтите е толкова специална, колкото и специална.

Това, което беше видяно след пълното проучване, е, че бактериалната флора на Марк е по-богата от тази на Скот, но че също така няма поразителни разлики между единия и другия. Във фекалните проби и на двете се наблюдава изобилието от бактерии Firmicutes и Bacteroidetes, въпреки че се вижда, че някои таксономични групи и тяхната генетична функция бяха променени по време на времето на двамата близнаци в космоса (Марк е прекарал там време преди да учи).

Адаптацията на митохондриите

Митохондриите са клетъчните органели, където се случва клетъчно дишане, осигуряващо голяма част от енергията, необходима за клетъчната дейност. И това, което се видя на това ниво, е, че нивото на митохондриалната РНК (генетичният материал, който съдържа тази органела) се е увеличило по време на престоя в космоса, с което се прави извод, че има увеличаване на клетъчното дишане (необходима е повече енергия).

Освен това е установено повишаване на нивото на млечна киселина, което заедно с други показатели на генеричната експресия показва, че е преминал анаеробен (без кислород) метаболизъм. Тоест има промени в метаболизма поради по-малко кислород и разликите в парциалното налягане на същото.

Промени в сърдечно-съдовата и телесната маса

Както се очакваше и от предишни проучвания, промени в дебелината на артериите бяха наблюдавани при близнака, прекарал време на международната космическа станция, да останете по-дебели до четири дни след завръщането си на земята. Това е свързано и с повишения индекс на възпаление, който споменахме по-рано, което от своя страна е свързано със стресовите условия на живот в космоса, двупосочното пътуване.

По този начин тази ограничителна диета, която си спомнихме, влияе върху телесната маса и при Скот тя беше открита 7% загуба на телесна маса по време на престоя си на МКС (Марк се справи по-добре на Земята, като увеличи своя с 4%). Намаляване на обема на урината на близнака също се наблюдава в космоса по отношение на стойностите преди полета и в последващи анализи, вече на Земята, има признаци на тази загуба на телесна маса.

Когнитивни и невро-очни промени

Както при удебеляването на артериите, също се наблюдава увеличаване на дебелината на стените на яремната вена и ретините, което показва, че в тази област на близнака в ISS има оток в тази област. Освен това в урината на астронавта се наблюдава повишаване на метаболит, свързан с астронавта. патологии на ретината, въпреки че това вече е намаляло в анализите след престоя.

И по отношение на когнитивните процеси не са наблюдавани значителни промени, но има известно намаляване на резултатите на Скот по време на престоя в космоса (които не са били наблюдавани при предишните тестове и с двамата близнаци на сушата). Да, имаше повече разлика в резултатите Веднъж се бях върнал от космоса, което продължило до шест месеца след завръщането му.

Добра база за мисиите (и проучванията) в бъдещето

С всичко това изследването отразява промените в организма, свързани с продължителен престой в космоса, с цел то да стане основа за подготовката на астронавтите при бъдещи дълги пътувания, както и основа за бъдеща подобна работа. Те смятат това има десет ключови физиологични процеси, за които трябва да внимавате при дългосрочни пътувания:

  • Телесна маса и хранене.
  • Регулиране на дължината на теломерите.
  • Поддържане на генетична стабилност.
  • Съдово здраве.
  • Адаптирането на очните структури.
  • Метаболитни промени.
  • Генетични промени.
  • Промени в нивото на липидите.
  • Отговорът на бактериите.
  • Когнитивни функции.

Те обясняват, че много от констатациите може да са свързани с хипокалорична диета и отслабване опит в космическия престой, с ефекти върху кръвното налягане (капка). Наблюдава се и повишаване на млечната киселина и плазмата в урината, което е свързано с интензивната физическа активност, която те претърпяват на МКС.

Това, което те също заключават, е, че връщането на Земята е силно стресиращ процес което е едно от най-важните физиологични предизвикателства на космическата мисия, с изострени реакции на мускулно-скелетната, сърдечно-съдовата и възпалителната реакция. Съществува и загриженост относно дългосрочните ефекти върху когнитивната, сърдечно-съдовата и очната системи, включително молекулярните функции в клетките на астронавтите.

Те настояват за това проучвания като това са необходими, за да се подготвят добре мисиите като тези, които ще отидат на Марс (очаква се да продължат две или три години), а до момента само осем мисии са продължили повече от 300 дни според НАСА. И тъй като тези ефекти могат да бъдат потвърдени, ще бъдат разгледани специални мерки за намаляване на тези рискове, произтичащи от продължително излагане на радиация, диета, микрогравитация и останалите условия на престоя в космоса.