Жизнь близнецов после года в космосе

Подведены итоги масштабного исследования астронавтов-близнецов .

Специалисты обнародовали итоги масштабного проекта NASA's Twins Study. В этом беспрецедентном эксперименте приняли участие братья-близнецы Скотт и Марк Келли.

Оба брата состоят в отряде астронавтов НАСА, но Марк провел в космосе лишь 54 дня, а суммарный налет Скотта составляет 520 суток. В частности, Скотт Келли принял участие в «годовой» экспедиции на МКС, которая продолжалась 340 дней.

Братья Келли являются однояйцевыми близнецами, то есть имеют не только портретное сходство, но и одинаковый генотип (совокупность генов).

Таким образом, ученые получили уникальную возможность сравнить физиологические и генетические особенности близнецов, чтобы найти различия, вызванные длительным пребыванием на орбите.

С Марком и Скотом Келли работали десять исследовательских команд, каждая из которых рассматривала различные аспекты влияния космического полета на организм. Специалисты, в том числе, оценивали уровни экспрессии генов, плотность костей, реакции иммунной системы, динамику теломер, кишечную микробиоту.

Образцы и показатели для различных анализов собирались до, во время и после длительного космического полета Скота Келли.

Одним из самых любопытных изменений стало удлинение теломер астронавта. Поясним, что речь идет о концевых участках хромосом, которые защищают ДНК от повреждений при делении клеток (подобно пластиковому наконечнику на шнурке, который предотвращает распутывание нитей).

С течением времени теломеры становятся все короче, из-за чего в организме начинают происходить разного рода сбои и возрастные изменения (к слову, ранее было установлено, что на длине теломер также сказывается стресс).

Однако изучая теломеры Скотта Келии, специалисты заметили, что те стали длиннее за то время, пока мужчина находился в космосе. Через несколько дней после возвращения на Землю длина теломер резко сократились, а в течение последующих шести месяцев вернулась к норме.

Между тем этот показатель Марка оставался стабильным в течение всего периода испытаний.

По словам ученых, это неожиданные данные, и благодаря им можно будет больше узнать о том, как пребывание в космосе влияет на процесс старения.

Другой важный вывод новой работы заключается в том, что вакцина против гриппа работает и в космосе. До этого у медиков не было уверенности на этот счет.

Скотт Келли стал первым человеком, получившим вакцину против гриппа в космосе. Анализы показали, что его иммунная система отреагировала на препарат должным образом.

Еще одна научная группа сосредоточилась на изучении экспрессии генов близнецов. Еще в 2018 году исследователи обнаружили, что этот показатель изменился у Скотта Келли. В частности, во время длительного пребывания на МКС у него повысилась активность множества генов. (Не следует путать с изменением самой ДНК.)

Специалисты НАСА говорят, что подобные изменения наблюдаются у людей, пребывающих в состоянии стресса, вызванного, к примеру, интенсивными физическими нагрузками.

Впоследствии более 90% сверхактивных генов Келли вернулось к нормальной работе, однако экспрессия более 7% генов оставалась повышенной более полугода. В том числе речь идет о сотнях генов, связанных с работой иммунной системы.

Также у Скотта Келли было выявлено метаболическое изменение: во время космического полета у него повысился уровень метаболита под названием лактат.

Это вещество напрямую связано с функцией митохондрий. Когда они не могут производить достаточно энергии, необходимой для нормального функционирования клеток, последние переключаются на альтернативный процесс выработки «топлива», называемый гликолизом (глюкоза метаболизируется посредством ряда ферментов, в результате чего производится лактат).

«Повышенный уровень лактата потенциально может означать, что митохондрии не функционируют нормально. В рамках этого исследования другие группы оценивали митохондриальную функцию и экспрессию митохондриальных генов, и полученные данные подтвердили наши выводы», – сообщает соавтор этой работы Кумар Шарма (Kumar Sharma) из Научно-исследовательского центра здравоохранения Университета Техаса в Сан-Антонио.

Исследователи пока не могут назвать причину увеличения уровней лактата у Скотта Келли, однако известно, что этот показатель может изменяться при увеличении физических нагрузок, снижении уровня кислорода, стрессе и воспалении.

Примечательно, что на Земле уровень лактата у астронавта вернулся к норме.

Еще одна команда проверила когнитивные функции астронавтов. У Скотта они не изменились во время пребывания в космосе, однако после полета тесты показали снижение скорости и эффективности познавательных способностей.

Изменения сохранялись в течение шестимесячного периода. Их связывают с «перенастройкой» организма в связи с переходом от микрогравитации к земной гравитации, а также с напряженным графиком астронавта по возвращении домой.

Другой важный вывод заключается в том, что во время длительного космического полета изменилась кишечная микробиота Скотта Келли.

В ходе этого исследования специалисты собрали в общей сложности девять образцов кала астронавта: два были получены до полета, четыре – в течение годичного пребывания в космосе и еще три – после возвращения на Землю.

«Космическая» микробиота Скотта заметно отличалась от его же «земной» микробиоты. Специалисты заметили существенный сдвиг в соотношении кишечных бактерий двух основных типов – Firmicutes и Bacteroidetes. В состав обоих типов входят как полезные, так и вредоносные микроорганизмы, поясняют исследователи.

По их словам, во время полета количество бактерий Firmicutes увеличилось, а количество Bacteroidetes, соответственно, сократилось. Пока что сложно сказать, хорошо это или плохо, признаются ученые.

После возвращения на Землю микробиота мужчины восстановила прежнее соотношение этих микроорганизмов. На это ушли все те же шесть месяцев.

При этом любопытно, что питание сублимированными продуктами в целом не повлияло на видовое разнообразие кишечных бактерий, вопреки ожиданиям авторов этой работы. Это говорит о том, что в целом космическая диета не столь опасна, хотя подробное изучение новых данных наверняка поможет внести корректировки, улучшающие здоровье астронавтов.

Что же касается возможных причин наблюдаемого сдвига, то пока основная версия заключается в том, что на соотношение бактерий повлияло изменение гравитации. Впрочем, могли сказаться и другие факторы – усиление радиации, сдвиги циркадных ритмов, отсутствие притока свежего воздуха и стресс.

Между тем другие команды ученых выявили у Скотта Келли утолщение стенок сонной артерии, а также повышение уровня белка AQP2, что может вызывать проблемы со зрением.

Пока неизвестно, подвержен ли астронавт с внушительным стажем повышенному риску рака в долгосрочной перспективе. Но из-за длительного воздействия радиации такая возможность не исключается.

Примечательно, что Марк и Скотт в 2007 году прошли успешное лечение от рака простаты. Однако Скотт рассматривает потенциальную угрозу рецидива онкологии как бомбу замедленного действия внутри своего тела.

Все авторы новых работ с восторгом отзываются о возможности проведения уникальных исследований и намерены продолжить наблюдение за братьями. Несмотря на то, что большинство изменений в организме Скотта Келли были временными, появление долгосрочных последствий не исключается. А в ходе более длительных космических миссий эти сдвиги могут значительно усилиться, и неизвестно, существует ли некая точка невозврата, после которой изменения станут необратимыми.

Специалисты уверены, что полученные данные помогут разработать новые меры защиты работников орбитального форпоста и членов будущих космических экспедиций. Речь идет об улучшении иммунитета и новых способах защиты от радиации, о корректировке питания и режимов тренировок и многих других аспектах подготовки к полету и жизни в космосе.

Новые данные будут полезны и для земного здравоохранения: благодаря им можно будет подробнее изучить стрессовые и иммунные реакции, процессы старения и так далее.

Научная статья, объединяющая результаты десяти исследований, опубликована в журнале Science.

Напомним, что ученые сообщали о других опасностях космических путешествий: в список входят слабоумие и депрессия, кардиоболезни и изменение формы сердца, а также потеря мышечной массы (что наблюдалось у Скотта Келли).

Сергей Николаев