Четыре члена экипажа Inspiration4, первой в истории космической миссии с участием всех гражданских лиц, стали генетически моложе во время пребывания в космосе, как показало исследование. Но эффект длился недолго. Теперь ученые пытаются выяснить, как космическая среда влияет на ДНК человека.
У членов экипажа Inspiration4 был плотный график во время трехдневного путешествия в космосе в сентябре 2021 года. Вместо того чтобы просто парить в невесомости и наслаждаться захватывающими видами из модифицированной космической капсулы Crew Dragon Resilience, они предоставили свои тела науке.
Хейли Арсено (Hayley Arceneaux), главный врач миссии и опытный ассистент врача, во время пребывания на орбите занималась тем, что брала образцы крови из пальцев и мазки кожи у себя и своих членов экипажа. После возвращения на Землю и в течение нескольких месяцев после этого проводилась целая серия тестов.
Результаты этих экспериментов были опубликованы в трех научных статьях в журналах Nature и Nature Communications во вторник, 11 июня. Тесты показали, что космическая среда оказывает быстрое и глубокое воздействие на организм человека, которое можно обнаружить в маркерах в крови уже через несколько часов пребывания на орбите.
NASA, JAXA и Европейское космическое агентство уже проводили подобные эксперименты с астронавтами во время длительного пребывания на Международной космической станции, но миссия Inspiration4 предоставила ученым возможность изучить самые ранние стадии этих вызванных космосом процессов в человеческом организме.
Хромосомные колпачки становятся длиннее
«Мы приближаемся к тому моменту, когда сможем практически измерить дозу воздействия космоса на организм«, — сказал Крис Мейсон, профессор геномики, физиологии и биофизики в Медицинском институте Вейля Корнелла и ведущий автор двух работ. «Они находились в космосе всего несколько дней, но мы уже смогли увидеть первые признаки воздействия космического полета на организм, включая изменения в белках и экспрессии генов«.
Например, исследователи заметили, что маркеры, указывающие на старение ДНК, уменьшились в космосе, в результате чего ДНК членов экипажа выглядела более молодой и здоровой. Эти маркеры, известные как теломеры, представляют собой колпачки, защищающие хромосомы, которые, как известно, укорачиваются с возрастом и под воздействием факторов окружающей среды и стресса.
Однако у участников Inspiration4 теломеры стали длиннее во время космической миссии. Ранее ученые уже наблюдали удлинение теломер у астронавта НАСА Скотта Келли, когда изучали последствия годичного пребывания на орбите в 2015 году для его организма. Результаты исследования удивили уже тогда, поскольку исследователи ожидали, что из-за высокого уровня стресса, которому подвергается организм в космосе, произойдет обратное.
По словам ученых, увидеть эти эффекты у членов экипажа Inspiration4 всего через несколько дней пребывания в космосе было еще более неожиданно.
«Мы действительно наблюдали удлинение теломер у всех четырех членов экипажа«, — сказала Сьюзан Бейли, профессор радиационной биологии и онкологии в Университете штата Колорадо, которая руководила исследованием, на пресс-конференции, представляя документы в понедельник, 10 июня. «Это действительно замечательная находка во многих отношениях и помогает нам укрепить наши выводы«.
Исследователи полагают, что удлинение теломер происходит в качестве защитной реакции на воздействие повышенной радиационной обстановки в космосе. Подобные эффекты были отмечены у альпинистов после покорения самых высоких вершин мира.
«Мы считаем, что это эквивалент гормезиса в ДНК«, — говорит Мейсон. «Это эффект, который мы наблюдаем, когда подвергаем тело стрессу, например, в спортзале, мышцы болят, но тело отвечает на это ростом силы«.
Однако есть одна загвоздка, говорит Бейли. После возвращения астронавтов на Землю теломеры почти сразу же сокращаются и становятся короче, чем были до космического полета. Исследователи, по словам Бейли, не понимают, что вызывает это укорачивание, но надеются, что в будущем им удастся контролировать эту реакцию.
«Для восстановления теломер требуется несколько месяцев«, — сказал Бейли. «Это одна из тех вещей, которые не позволяют вернуться к тому состоянию, в котором вы были в самом начале. Мы считаем, что есть реальная возможность подумать о долгосрочных результатах здоровья астронавтов после их возвращения на Землю и о том, как мы можем лучше отслеживать и улучшать эти результаты«.
Укорачивание защитных теломер приводит к повреждению ДНК и делает человека восприимчивым к ряду заболеваний, включая рак, болезни сердца и иммунную недостаточность. Однако исследования показывают, что здоровое питание и восстановительные практики, такие как спортивные занятия, могут помочь этим хромосомным пробкам восстановиться.
Как и у астронавтов, участвующих в длительных полетах, в организме членов экипажа Inspiration4 во время космического полета наблюдались и другие признаки старения, в том числе увеличение маркеров потери костной и мышечной массы и стресса мозга. Однако в течение шести месяцев эти показатели вернулись к предполетному уровню. Члены экипажа Inspiration4 Хейли Арсено и Крис Семброски, участвовавшие в брифинге, похоже, не жалели о том, что их теломеры разрушились во время космического путешествия.
«Я была так счастлива, что смогла внести свой вклад в науку, и знаю, что это было очень важно для всех членов нашего экипажа«, — сказала Аркено.
Исследование также показало, что женщины-члены экипажа Арсено и геолог Сиан Проктор быстрее восстановились после космического полета, и большинство показателей их здоровья вернулись на предполетный уровень быстрее, чем у их коллег-мужчин Семброски и командира и спонсора миссии Джареда Айзекмана. Результаты подтверждают наблюдения за женщинами-астронавтами НАСА и позволяют предположить, что женский организм может лучше переносить стрессы космического полета.
Эти данные войдут в репозиторий биологических данных астронавтов с открытым доступом — Space Omics and Medical Atlas (SOMA), который также был опубликован в составе пакета Nature. Атлас содержит данные, полученные в ходе длительных космических полетов, проводимых NASA, JAXA и ESA, и представляет собой первый в своем роде ресурс, позволяющий исследователям сравнивать и детально изучать многочисленные биологические, физиологические и генетические изменения, которые могут происходить в организме человека во время космических полетов.
Исследователи надеются, что эта база данных позволит им в будущем не только отбирать людей, которые генетически лучше всего подходят для того, чтобы выдержать суровые условия космического путешествия, но и разрабатывать стратегии для улучшения результатов для тех, кто подходит для этого меньше.