Forskning giver ny indsigt i sundhedseffekter af langvarig rumflyvning

Det historiske NASA Twins Study undersøgte identiske tvillingeastronauter Scott og Mark Kelly og gav ny information om sundhedseffekterne af at tilbringe tid i rummet.

Professor Susan Bailey ved Colorado State University var en af ​​mere end 80 videnskabsmænd på tværs af 12 universiteter, som forskede i lærebogseksperimentet; Mark forblev på Jorden, mens Scott kredsede højt over i næsten et år. Den massive indsats blev koordineret af NASAs Human Research Program.

Bailey har fortsat sin NASA-forskning og slutter sig nu til mere end 200 efterforskere fra snesevis af akademikere, regering, luft- og rumfarts- og industrigrupper vil offentliggøre en pakke med 30 videnskabelige artikler i fem Cell Press-tidsskrifter den 25. november.

Jared Luxton, som for nylig modtog sin doktorgrad i celle- og molekylærbiologi ved CSU, er førsteforfatter til to af undersøgelserne. Han er nu dataforsker hos det amerikanske landbrugsministerium i Fort Collins.

Forskningen - inklusive et overordnet papir, der dækker, hvad efterforskerne har lært om de grundlæggende træk ved rumflyvning - repræsenterer det største sæt af data om rumbiologi og astronauters helbredseffekter, der nogensinde er produceret.

For Bailey, det er også en milepæl, der markerer mange års samarbejde med NASA, som omfattede hendes hovedrolle i grundlæggende strålingsstudier og æren af ​​at blive udvalgt som efterforsker til Twins Study og samtidige forskningsprojekter, der involverer astronauter. I løbet af denne tid, flere kandidatstuderende i hendes laboratorium opnåede doktorgrader under hendes mentorskab.

"Vi har nu et fundament at bygge på - ting, vi ved, vi skal kigge efter hos fremtidige astronauter, herunder telomerlængdeændringer og DNA-skadereaktioner, " sagde Bailey. "Fremad, vores mål er at få en bedre ide om underliggende mekanismer, af, hvad der foregår under langvarig rumflyvning i menneskekroppen, og hvordan det varierer mellem mennesker. Ikke alle reagerer på samme måde. Det var en af ​​de gode ting ved at have den større kohorte af astronauter i disse undersøgelser."

At studere enderne af kromosomerne, med konsekvenser for aldring

Bailey er ekspert i telomerer og strålingsinduceret DNA-skader, forskningsområder, der var af stor interesse rundt om i verden, da tvillingeundersøgelsen blev offentliggjort. I den undersøgelse hun og hendes team fandt ud af, at Scotts telomerer i hans hvide blodlegemer blev længere, mens de var i rummet, og vendte efterfølgende tilbage til næsten normal længde, efter at han var tilbage på Jorden.

Telomerer er beskyttende "hætter" på enderne af kromosomerne, der forkortes, når en person bliver ældre. Store ændringer i telomerlængden kan betyde, at en person er i fare for accelereret aldring eller de sygdomme, der følger med at blive ældre, hjerte-kar-sygdomme og kræft for eksempel.

I den seneste forskning, Bailey, Luxton, Seniorforsker Lynn Taylor og team undersøgte en gruppe på 10 ikke-beslægtede astronauter, herunder CSU alun Dr. Kjell Lindgren, sammenligne resultaterne med fund fra Kelly-tvillingerne. Forskerne havde ikke adgang til blod og andre prøver under flyvningen for alle besætningsmedlemmerne, men Bailey sagde, at de havde blodprøver før og efter rumflyvning til alle.

Undersøgelserne involverede astronauter, der tilbragte cirka seks måneder på den internationale rumstation i lav kredsløb om Jorden, som er beskyttet mod en del rumstråling. På trods af beskyttelsen, forskere fandt beviser for DNA-skader, der kunne være advarselstegn på potentielle sundhedseffekter.

Ny opdagelse af oxidativ stress

Blandt de nye resultater, forskerholdet fandt ud af, at kronisk oxidativ stress under rumflyvning bidrog til telomerforlængelsen, de observerede. De fandt også ud af, at astronauter generelt havde kortere telomerer efter rumflyvning, end de havde før. Holdet observerede også individuelle forskelle i svar.

For at få mere indsigt i disse resultater, Baileys hold undersøgte også tvillingebjergbestigere, der besejrede Mount Everest, et ekstremt miljø på Jorden. De ikke-klatrende tvillinger forblev i lavere højde, herunder i Boulder, Colorado. Bemærkelsesværdigt, holdet fandt lignende beviser for oxidativ stress og ændringer i telomerlængde hos klatrerne.

Christopher Mason, lektor ved Weill Cornell Medicine og medforfatter med Bailey, udførte genekspressionsanalyser på Mount Everest-bestigerne. Han fandt tegn på en telomerase-uafhængig, rekombinationsbaseret vej til opretholdelse af telomerlængde kendt for at resultere i længere telomerer.

Bailey sagde, at når kronisk oxidativ stress opstår, det beskadiger telomerer.

"Normale blodlegemer dør og forsøger at overleve, " sagde hun. "De tilpasser sig deres nye miljø. Nogle celler vil aktivere en alternativ vej for at holde deres telomerer i gang. Det svarer til, hvad der sker med nogle tumorer. Nogle af cellerne kommer ud af den proces. Det er også det, vi tror, ​​vi ser under rumflyvning."

Luxton sagde, at mekanismen beskrevet ovenfor - kendt som alternativ forlængelse af telomerer, eller ALT - var et uventet fund.

"Man ser det normalt ved kræft eller ved at udvikle embryoner, " han sagde.

Pas på dine telomerer

Svarende til konklusionerne fra tvillingeundersøgelsen, Bailey sagde, at de nye resultater har konsekvenser for fremtidige rumrejsende, der etablerer en base på Månen eller rejser til Mars, eller endda som rumturist. Langvarige udforskningsmissioner vil involvere øget tid og afstand uden for beskyttelsen af ​​Jorden.

Selvom længere telomerer i rummet kan virke som en god ting, måske endda en "ungdomskilde, "Forskeren sagde, at hun har mistanke om en noget anderledes slutning på historien.

"Forlænget levetid, eller udødelighed, af celler, der har lidt DNA-skader forårsaget af rumstråling, såsom kromosomale inversioner, er en opskrift på øget kræftrisiko, " hun sagde.

Bailey sagde, at hun og holdet observerede øgede frekvenser af inversioner hos alle besætningsmedlemmer, under og efter rumflyvning.

"Telomerer afspejler virkelig vores livsstil - uanset om det er på eller uden for planeten, " sagde Bailey. "Vores valg gør en forskel i, hvor hurtigt eller hvor godt vi ældes. Det er vigtigt at passe på dine telomerer."