Близнюки в космосі: як космічні подорожі впливають на експресію генів

Вчені отримали рідкісну можливість побачити, як умови на Міжнародній космічній станції позначилися на експресії генів, порівнявши ідентичних астронавтів-близнюків: один з них провів у космосі близько року, інший залишився на Землі. Навколишнє середовище на космічній станції викликала зміни в експресії генів за допомогою процесу епігенетики. Вчені NASA вже знають, що астронавти будуть по-різному піддаватися фізичним стресів.

генетичного фону астронавтів можуть пояснити, чому деякі з них більш схильні до проблем зі здоров'ям, коли повертаються на Землю. Ці результати можуть призвести до індивідуальних профілактичних заходів для уразливих астронавтів. І що найдивніше, ці відкриття можуть також привести до розробки методів лікування всяких синдромів, що впливають на нас на Землі.

Що відбувається з людиною в космосі: приклад близнюків

NASA вивчає наслідки космічних подорожей для людського організму з самого початку космічної ери. На прес-конференції, що відбулася приблизно через тиждень після прибуття на Міжнародну космічну станцію (МКС), канадський астронавт Девід Сен-Жак сказав, що почуває себе «дещо переобтяженим» і «з великим опухлим червоним обличчям, ніби висиш догори ногами на перекладині». Це незручне почуття з'явилося через перерозподіл рідини від нижньої частини до верхньої частини тіла.

Здоров'я космонавтів після тривалих місій

Наслідки для здоров'я, що виникають в результаті тривалих польотів у космос, вивчені недостатньо. В цілому, астронавти зберігають відмінний психічне і фізичне здоров'я порівняно з населенням, навіть після повернення з довгострокових місій. І все ж, наслідки таких місій для здоров'я були визнані науково, в тому числі проблеми з серцево-судинною системою і зором, причини яких вивчаються.

Вчені NASA досліджують, як експресія генів — як ДНК перетворюється в тканини — змінюється у відповідь на вплив навколишнього середовища на МКС. Область епігенетики описує механізми, за допомогою яких фактори навколишнього середовища, такі як микрогравитация, відносно високий рівень вуглекислого газу і можливі стрибки випромінювання, змінюють спосіб зчитування ДНК.

Також вони хочуть знати, як унікальна ДНК кожного астронавта буде визначати їх реакцію на середовище космічної станції. Зараз 37 досліджень, які проводяться на космічній станції, 3 присвячені саме генетичним дослідженням.

Дві сторони однієї медалі

Попередні результати виключного дослідження ідентичних близнюків підтримують ідею того, що космічні подорожі можуть впливати на експресію генів у різних органах. З 2015 по 2016 рік астронавт Скотт Келлі перебував на борту МКС протягом 340 днів поспіль. Його брат-близнюк Марк залишився на Землі. Основний генетичний код Скотта не змінився, але середовище космічної станції вплинула на те, як цей код перетворився в тканини.

За словами одного з провідних вчених у цьому дослідженні близнюків Крістофера Мейсона, ці зміни відбулися у важливих біологічних шляхах, що мають відношення до утворення кісток та імунній системі. Зміни експресії генів були класифіковані відносно можливого ризику як «низький, середній або високий».

Зміни експресії генів з низьким ризиком (приблизно 93% всіх змін) повернулися до норми, коли Скотт повернувся на Землю. За словами Мейсона, можливі зміни від середнього до високого ризику не змінилися через шість місяців і за ними вони будуть наглядати». Наприклад, відбулися зміни експресії, які призвели до постановки імунної системи в режим «підвищеної готовності».

Хоча дослідження ідентичних близнюків забезпечує найкращу оцінку впливу космічного простору на експресію генів, навколо не так вже й багато астронавтів-близнюків.

Підтвердження результатів у близнюків Келлі потребує досліджень у інших астронавтів. В даний час ці дослідження для підтвердження проводяться на Міжнародній космічній станції, оскільки для аналізу збирається рідка біопсія (безклітинні зразки ДНК і РНК з крові). Але експерименти з участю близнюків послужили «трампліном для всіх подальших досліджень», говорить Мейсон.

Місії змінюють думку

Попередні дослідження здоров'я очей в групі астронавтів припускають, що не всі астронавти будуть однаково реагувати на життя на космічній станції. Офтальмологічний синдром астронавта — це стан, який вражає деяких астронавтів. Ці очні зміни класифікуються NASA як «значний ризик для космічних мандрівників» і включають в себе зміни кришталика і форми очі.

У деяких випадках астронавти з відмінним зором перед космічним польотом «повертаються з необхідністю носити окуляри», говорить Скотт Сміт, провідний біохімік з харчування в NASA. «Ми бачили хімічні зміни в зразках крові (від астронавтів) перед польотом, тому вирішили вивчити генетику».

Для цього дослідження зразки крові надали 72 астронавта. Аналіз показав, що генетичний фон кожного астронавта відіграє певну роль у визначенні уразливості їх очей або епігенетичної реакції на шкідливі тригери на космічній станції.

Космічні очі і земні черви

Дослідження припускає, що деяких астронавтів можна попереджати про особистий ризик розвитку проблем з зором під час тривалих космічних польотів. А ще краще застосувати і реалізуватиіндивідуальні профілактичні заходи для людей з найбільшим ризиком захворювання.

«Практично вся робота в NASA має значення для населення в цілому», говорить Сміт.

Офтальмологічний синдром астронавтів пов'язаний з іншого, набагато більш поширеною проблемою зі здоров'ям тут, на Землі. Виявляється, що ті ж генетичні варіанти і зміни у сироваткових фактори, які пов'язані з очними проблемами у космонавтів, також пов'язані з синдромом полікістозних яєчників, формою безпліддя у жінок.

Генетичні та епігенетичні дослідження на астронавтах забезпечать астронавтів персоналізованими медичними підходами в космосі. І вони ж могли б забезпечити людей на Землі потенційними методами лікування складних захворювань. Такі попередні результати дослідження.

А щоб не пропустити нові результати .