NASA Twins-undersøgelsen - med astronaut-tvillingerne Scott og Mark Kelly - var det perfekte rumeksperiment. Scott tilbragte et år i rummet ombord på den internationale rumstation. Mark forblev på Jorden. Resultaterne?
Resultater fra NASA's Twins Study, der fandt sted fra 2015-2016, blev offentliggjort 11. april 2019 i tidsskriftet Videnskab. NASA sagde, at papiret - omfattende arbejde fra 10 forskningshold "… afslører nogle interessante, overraskende og beroligende data om, hvordan en menneskelig krop tilpassede sig til - og gendannede sig fra det ekstreme miljø i rummet."
Af Susan Bailey, Colorado State University
Det daglige liv ombord på den internationale rumstation bevæger sig hurtigt. Virkelig hurtigt. Rejser ca. 17.000 miles i timen, 300 miles over jorden, astronauter ser 16 solopgange og solnedgange hver "dag", mens de flyder rundt i en kasse med en håndfuld mennesker, de er afhængige af for at overleve.
Man behøver ikke kigge længere end Hollywood-stormskærme som "The Martian", "> Gravity" og "Interstellar" for futuristiske visioner om livet ud over Jorden, når vi tager længere og dybere ind i det ydre rum. Men hvad med den menneskelige krops reaktion på rumfart i det virkelige liv - hvad er de sundhedsmæssige virkninger? Ældes rumfarende med forskellige hastigheder end dem, der findes på jorden? Hvor tilpasningsdygtige til rummiljøet er vi?
Er rumtvilling Scott og Earth tvilling Mark ikke længere identiske? Billede via Robert Markowitz / NASA.
Dette er bestemt bekymringer for NASA. Hvordan rumfart og langvarige missioner kan ændre den menneskelige krop, og om disse ændringer er permanente eller reversible, når astronauter vender tilbage til Jorden, er stort set ukendt. Muligheden for at udforske disse spændende spørgsmål opstod med identiske tvillingastronauter Scott og Mark Kelly.
I november 2012 valgte NASA astronaut Scott Kelly til sin første etårige mission. På en pressekonference ikke længe derefter var det Scott, der antydede, at denne mission muligvis kunne give muligheden for at sammenligne virkningen af det rum, der bor på hans krop, med sin identiske tvillingbror, Jordens bolig, Mark Kelly, der også havde været en astronaut og tidligere Navy testpilot. Bemærkelsesværdigt var Kelly-tvillingerne individer af lignende "natur (genetik) og pleje (miljø)", og så blev det perfekte rumeksperiment udtænkt - med "rumtvilling og jordtvilling" som stjernerne. Scott tilbragte et år i rummet ombord på den internationale rumstation, mens hans identiske tvillingebror, Mark, ville forblive på Jorden.
NASA Twins-undersøgelsen repræsenterer den mest omfattende opfattelse af menneskekroppens reaktion på rumflugt nogensinde blevet udført. Resultaterne vil guide fremtidige studier og personaliserede tilgange til evaluering af sundhedseffekter af individuelle astronauter i de kommende år.
Som kræftbiolog ved Colorado State University studerer jeg virkningen af strålingseksponering på humane celler. Som en del af tvillingsundersøgelsen var jeg især interesseret i at evaluere, hvordan enderne af kromosomerne, kaldet telomerer, blev ændret med et år i rummet.
En dag før astronaut Scott Kelly når det seks måneder lange rum i rummet, taler han live fra ombord på ISS med John Hughs, venstre, hans tvillingebror Mark Kelly og astronaut Terry Virts, højre. Billede via NASA / Bill Ingalls.
Drille fra hinanden sundhedsmæssige effekter af rumbo
NASA ringede op og valgte 10 peer-vurderede undersøgelser fra hele landet til tvillingsundersøgelsen. Undersøgelser inkluderede molekylære, fysiologiske og adfærdsmæssige mål og for første gang nogensinde i astronauter, "omics" -baserede studier. Nogle hold evaluerede påvirkningen af rum på genomet - hele komplementet af DNA i en celle (genomik). Andre teams undersøgte, hvilke gener der blev tændt og producerede et molekyle kaldet mRNA (transkriptomik). Nogle undersøgelser fokuserede på, hvordan kemiske modifikationer - som ikke ændrer DNA-koden - påvirkede reguleringen af generne (epigenomics). Nogle forskere undersøgte proteinerne produceret i cellerne (proteomics), mens andre undersøgte metabolismeprodukterne (metabolomics).
Der blev også undersøgt, hvordan rummiljøet kunne ændre mikrobiomet - indsamlingen af bakterier, vira og svampe, der lever i og på vores kroppe. En undersøgelse undersøgte immunresponset mod influenzavaccinen. Andre hold søgte Scott's biologiske prøver efter biomarkører for åreforkalkning og opadgående væskeskift i kroppen på grund af mikrogravitet, hvilket kan påvirke synet og forårsage hovedpine. Kognitiv ydeevne blev også evalueret ved hjælp af computerdrevne kognitionstests specifikt designet til astronauter.
Mere end 300 biologiske prøver - afføring, urin og blod - blev indsamlet fra tvillingerne flere gange før, under og efter et års mission.
Kelly-tvillingerne er uden tvivl et af de mest profilerede par - på eller uden for vores planet. De er også en af de mest interviewede. Et ofte stillet spørgsmål er, om Scott vil vende tilbage fra rummet yngre end Mark - en situation der minder om “Interstellar” eller Einsteins såkaldte “target =” _ blank ”Twin Paradox.” Dog fordi ISS ikke rejser nogen steder nær hastigheden af lys i forhold til os, tidsudvidelse - eller aftagelse af tid på grund af bevægelse - er meget minimal. Så enhver aldersforskel mellem brødrene ville kun være et par millisekunder.
Alligevel er spørgsmålet om rumflugtassocieret aldring og den ledsagende risiko for at udvikle aldersrelaterede sygdomme som demens, hjerte-kar-sygdom og kræft - under eller efter en mission - et vigtigt, og som vi havde til formål at tage direkte kontakt med vores undersøgelse af telomerlængde.
Telomerer er de beskyttende sektioner af DNA i spidsen af kromosomerne. Når folk bliver ældre, bliver telomererne kortere. Billede via Vectormine / Shutterstock.
Telomerer er enderne af kromosomer, der beskytter dem mod skader og mod "nedrivning" - omtrent som afslutningen på en skudstreng. Telomerer er kritiske for at opretholde kromosom- og genomstabilitet. Telomerer forkortes imidlertid naturligt efterhånden som vores celler deler sig, og det også når vi ældes. Den hastighed, hvormed telomer korteres over tid, påvirkes af mange faktorer, herunder oxidativ stress og betændelse, ernæring, fysisk aktivitet, psykologiske belastninger og miljøeksponeringer som luftforurening, UV-stråler og ioniserende stråling. Telomere-længde afspejler således individets genetik, oplevelser og eksponeringer, og det er informative indikatorer for generel sundhed og aldring.
Telomerer og aldring
Vores undersøgelse foreslog, at de unikke spændinger og ude af denne verden udsætter astronauterne under rumflyvning - ting som isolering, mikrogravitet, høje kuldioxidniveauer og galaktiske kosmiske stråler - ville fremskynde telomerforkortelse og aldring. For at teste dette vurderede vi telomerlængde i blodprøver modtaget fra begge tvillinger før, under og efter et års mission.
Scott og Mark startede undersøgelsen med relativt ens telomerlængder, hvilket er i overensstemmelse med en stærk genetisk komponent. Som forventet var længden af Jordbundne Mark's telomerer relativt stabil i løbet af undersøgelsen. Men meget til vores overraskelse var Scotts telomerer betydeligt længere på hvert tidspunkt og i hver prøve, der blev testet under rumflyvningen. Det var nøjagtigt det modsatte af det, vi forventede.
Yderligere, efter Scott's tilbagevenden til Jorden, blev telomererlængden hurtigt forkortet og stabiliseredes derefter i de følgende måneder til næsten gennemsnit i forvejen. Fra perspektivet om aldring og risiko for sygdom havde han imidlertid mange flere korte telomerer efter rumfart end han gjorde før. Vores udfordring nu er at finde ud af, hvordan og hvorfor sådanne rumfladespecifikke skift i telomerlængde dynamik forekommer.
Vores fund vil også have relevans for jordplanter, da vi alle bliver gamle og udvikler aldersrelaterede forhold. Disse tvillingsstudieresultater kan muligvis give nye ledetråder i de involverede processer og derved forbedre vores forståelse af, hvad vi kan gøre for at undgå dem eller forlænge sundhedsspændet.
De langtidsmæssige sundhedseffekter af rumfart med lang varighed er endnu ikke fastlagt, men TWINS-undersøgelsen repræsenterer et vartegn i menneskehedens rejse til månen, Mars og videre ... og for at gøre science fiction science faktum.
Susan Bailey, professor i strålekræftbiologi og onkologi, Colorado State University
Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.
Nederste linje: Resultaterne kommer fra tvillingastronaut Kelly-brødrene i NASA Twins Study.
