Коммерческие космонавты проливают свет на влияние полетов на здоровье и создают атлас космических полетов

Важные новости

Коммерческие космонавты проливают свет на здоровье полетов ударов и создать атлас космических полетов

Члены экипажа миссии Inspiration4 (слева направо): Крис Семброски, Сиан Проктор, Джаред Айзекман и Хейли Арсено. Фото: экипаж Inspiration4

Краткосрочное космическое путешествие вызывает многие из тех же молекулярных и физиологических изменений, что и долгосрочные космические миссии, но большинство из них обращаются вспять в течение нескольких месяцев после возвращения на Землю. Тем не менее, согласно результатам масштабного международного исследования, проведенного исследователями из Weill Cornell Medicine, SpaceX и других организаций, те изменения, которые являются более продолжительными и различаются между членами экипажа, открывают новые цели для аэрокосмической медицины и могут определять новые миссии. /п> <р>Доктор Кристофер Мейсон, профессор геномики и вычислительной биомедицины WorldQuant в Weill Cornell Medicine, возглавлял проект «Космическая омика и медицинский атлас» (SOMA) вместе с доктором Афшином Бехешти из Института Броуда и НАСА. Всего в проекте приняли участие более 100 исследователей из учреждений более чем двух десятков стран. Вместе сотрудники увеличили объем данных о космических полетах человека в 10 раз, включая анализ изменений в экспрессии генов, регуляции генов, производстве белка, метаболизме и микробах в организме человека.

Результаты были такими: опубликовано 11 июня в виде сборника из 40 статей в журналах Nature и обобщено в обзорной статье.

Команда SOMA, включая соавтора доктора Джема Мейдана, доцента кафедры компьютерных биологических исследований в медицине в Weill Cornell Medicine, также собрала более 75 миллиардов генетических последовательностей в интерактивном атласе, доступном другим исследователям и Weill Cornell Medicine. будет размещено хранилище почти 3000 биологических образцов, полученных в результате исследований. Команда доктора Мэйсона уже начала сбор образцов из других миссий и организовала несколько новых международных проектов сотрудничества для гармонизации усилий в области космических исследований.

«Это самая большая сокровищница данных от астронавтов и космической биологии, когда-либо опубликованная», — сказал доктор Мейсон, который также является профессором физиологии и биофизики, профессором нейронауки в Исследовательском институте мозга и разума семьи Фейл, членом Онкологического центра Сандры и Эдварда Мейера и директором Инициативы WorldQuant по количественному прогнозированию в Weill Cornell Medicine. «Мы надеемся, что обмен данными поможет ускорить открытия в области воздействия космических полетов на здоровье и приведет к фундаментальным открытиям в области здоровья человека в целом».

Коммерческие астронавты

Когда 16 сентября 2021 года стартовала миссия Inspiration4 с первым полностью гражданским экипажем из четырех человек для трехдневного полета на низкую околоземную орбиту, это предоставило науке беспрецедентную возможность. Перед миссией большая часть данных о влиянии космических путешествий на здоровье была собрана спонсируемыми правительством космическими агентствами от тщательно отобранных и высококвалифицированных астронавтов, но было неясно, будут ли такие данные, полученные от астронавтов, применимы более широко к общественности; миссия Inspiration4 предоставила возможность это выяснить.

Доктор Мейсон был главным исследователем миссии Inspiration4 по клиническим профилям экипажа, мультиомикальным исследованиям и биобанкам. Члены экипажа собирали биологические образцы до, во время и после полета и предоставили исследователям полный доступ для изучения и обмена своими данными. Они также провели серию экспериментов во время полета, в том числе первое в истории прямое секвенирование РНК и биопсию кожи астронавтов. Доктора. Дэвид Лайден, Ричард Гранстейн и Ари Мельник из Weill Cornell Medicine, а также доктор Ивейн Де Вламинк из кампуса Корнелла в Итаке также внесли свой вклад в проект.

Новые данные сравнивались с данными, собранными в ходе предыдущих полетов, в частности, исследования НАСА «Близнецы», главным исследователем которого также был доктор Мейсон. В рамках этого проекта были проанализированы данные астронавта Скотта Келли во время и после его годовой миссии на Международной космической станции в 2015-2016 годах и обнаружено, что более длительные космические полеты способствуют значительным изменениям в экспрессии генов в крови, особенно в иммунной системе и восстановлении ДНК. системы. Новые данные доктора Дживуна Пака показали, что эти различия также проявляются в коже.

Данные Inspiration4 показали, что многие из тех же изменений произошли и у краткосрочных космических путешественников. Например, доктор Мейсон совместно с доктором Сьюзан Бэйли опубликовал исследование, показывающее, что теломеры, закрывающие концы хромосом, начали удлиняться даже во время трехдневной миссии Inspiration4. Они также наблюдали аналогичные изменения в иммунной системе: у астронавтов после возвращения в гравитацию резко возросло количество противовоспалительных белков, называемых цитокинами.

Изменения в иммунной системе

Всплеск цитокинов после входа в атмосферу был одним из нескольких изменений иммунной системы, задокументированных исследователями Weill Cornell Medicine. Генетическое секвенирование отдельных клеток, проведенное доктором Джанг Гыном Кимом и доктором Брейденом Тирни, научными сотрудниками лаборатории Мейсона, помогло ученым идентифицировать иммунные клетки, называемые Т-клетками, и моноциты CD16, как клетки, наиболее чувствительные к стрессам космического полета. Эти иммунные ответчики претерпевают драматические изменения в экспрессии генов и изменениях в хроматине, который регулирует экспрессию генов.

«Имунная система готова к борьбе, но она еще не знает, с чем она борется», — говорит доктор. ., сказал Мейсон. Он отметил, что воздействие малых доз радиации на космических путешественников может вызвать этот иммунный ответ, а также изменения теломер.

В то время как некоторые части иммунной системы активизируются, другие замедляются. Например, у путешественников снижается экспрессия генов, кодирующих белки иммунной системы, называемые антигенами лейкоцитов человека, которые помогают организму идентифицировать вирусы и других захватчиков. Это открытие может объяснить, почему около половины космических путешественников и астронавтов испытали реактивацию старых вирусных инфекций, таких как вирус простого герпеса-1, преимущественно доброкачественный вирус, вызывающий герпес.

Другое исследование, проведенное Надей Уэрби и Ириной Матей, аспиранткой лаборатории Мейсона и научным сотрудником лаборатории Лайдена соответственно, обнаружило наличие белков головного мозга в крови космических путешественников Inspiration4, а также в крови шести японских астронавтов. и Скотт Келли. Открытие предполагает некоторое нарушение гематоэнцефалического барьера, который защищает мозг от вторжения иммунных клеток. Образцы исследований на мышах Сяо (Вивиан) Мао из Университета Лома Линда подтвердили, что космический полет нарушает функцию гематоэнцефалического барьера.

«В этом нет ничего тревожного, но это было удивительно, и за этим стоит следить. будущих миссиях», — сказал доктор Мейсон.

Хотя экипаж Inspiration4 испытал многие из тех же изменений, что и опытные космические путешественники, они быстро восстановились после полета. Доктор Мейсон отметил, что в течение шести месяцев биология экипажа вернулась в предполетное состояние для более чем 95% белков, состояний хроматина и генов, включая модификации РНК, измеренные Кириллом Григоревым и Теодором Нельсоном, исследователями из лаборатории Мейсона.< /p>

Вторая космическая эра и биобанк аэрокосмической медицины

Результаты дают много пищи для будущих исследований. Несмотря на наличие данных о небольшом количестве космических путешественников, исследователи SOMA обнаружили несколько различий между мужчинами и женщинами, используя данные доктора Мин Ю из Мэрилендского университета. Например, женщины-космонавты возвращаются в свое предполетное состояние быстрее после возвращения на Землю, однако некоторые цитокины оставались повышенными у женщин дольше, чем у мужчин, и это было подтверждено у 64 других астронавтов. Индивидуальные физиологические реакции на космические путешествия также различались, и гены, связанные с обработкой лекарств (называемые фармакогеномикой), также были различны.

«Возможно, нам придется персонализировать лекарства и другие контрмеры для разных членов экипажа на основе их индивидуальных реакций на космический полет», — сказал ведущий и соавтор обзора исследования SOMA доктор Элиа Оверби, научный сотрудник в лаборатории доктора Мейсона во время исследования, которая сейчас открывает свою собственную лабораторию по биоастронавтике в Университете Остина.

По словам доктора Оверби, предоставление атласа и биобанка большему количеству ученых может помочь ускорить темпы открытия в области влияния космических полетов и их параллелей со старением, хроническими заболеваниями и расстройствами иммунной системы. Она отметила, что космические путешествия имитируют некоторые эффекты старения, такие как потеря костной ткани и мышц, и могут предоставить способ тестирования лекарств для противодействия этим изменениям.

«Открытие данных для всего научного сообщества увеличивает нашу способность устанавливать связь между космическими изменениями и здоровьем человека в целом», — сказала она.

Доктор. Оверби также предположил, что растущее число коммерческих космических полетов и экипажей может помочь расширить набор данных и повысить его способность обнаруживать меньшие различия.

«Мы вступаем в новую космическую эпоху», — сказал доктор Мейсон. «У нас больше данных и больше космических запусков, чем когда-либо прежде, и нам понадобятся все возможные биомедицинские данные, чтобы сделать точную медицину для будущих экипажей реальностью и подготовиться к более длительным полетам на Луну и Марс».

В число участвующих учреждений входили Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA); Европейское космическое агентство; Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА); и SpaceX, компания, предлагающая коммерческие космические полеты.

Дополнительная информация: Элиа Г. Оверби и др., The Space Omics and Medical Atlas (SOMA) и международный биобанк астронавтов, Природа (2024 г.). DOI: 10.1038/s41586-024-07639-y

Информация журнала: Nature Предоставлено Медицинским колледжем Вейла Корнелла

Новости сегодня

Последние новости