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NASA双胞胎研究公布结果 在太空生活1年从体重到基因都变了

2019-04-12 19:19:00 来源: 作者: 点击数:
摘要:据CNN报道 美国宇航局NASA的双胞胎研究周四公布结果,在2015年至2016年间在国际空间站度过340天的太空人斯科特·凯利从体重到基因都发生了改变。与在地球上的双胞胎兄弟马克

据CNN报道 美国宇航局NASA的双胞胎研究周四公布结果,在2015年至2016年间在国际空间站度过340天的太空人斯科特·凯利从体重到基因都发生了改变。

与在地球上的双胞胎兄弟马克相比,斯科特身体发生的大部分变化在从太空站回来后就都恢复正常了。研究者表示,研究说明人类的健康能够在太空中“大部分维持”一年。

NASA双胞胎研究公布结果 在太空生活1年从体重到基因都变了

斯科特·凯利

巧合的是,这次结果发布正值苏联宇航员加加林首次载人航天飞行58周年之际。

但是这项备受期待的研究也揭露,在准备更长时间的太空任务或是深空任务(如火星)时,可能需要采取相应的对策和保护措施的区域。

分子、生物和行为的变化被分为低、中、高风险组别。斯科特的体重和微生物组织变化被认为是低风险的,胶原调节和血液流动的变化出于中等水平,基因不稳定被认为具有潜在的高风险。

这项由12所大学和10个研究小组参与的研究在太空中人体不同部分的成果周四在《科学》(Science)期刊上发表。数据包括认知测量,生物数据和两兄弟27个月的血液、血浆、尿液和粪便样本。

但是,研究人员表示,这项研究存在这限制因素。研究人员明确,研究只会反应斯科特和马克·凯利两兄弟,并不会与其他宇航员互相验证。斯科特所在的空间站也位于地球磁场的保护层内,并没有受到深空辐射的袭击。

“将结果归结于因果关系而不是共同偶然事件是不可能的。”研究这样指出,因此研究人员认为他们的工作是一次“假设产生和框架定义”,将对让未来的更多研究受益。但约翰霍普金斯大学医学院首席研究员兼医学教授安迪·费恩伯格博士表示,他们同时认为这是“人类太空基因组学的曙光。”

“双胞胎研究是理解人类太空飞行中遗传学和基因表达的重要一步。”NASA总部首席健康与医疗官波克说,“在NASA计划前往月球和火星的过程中,这有助于了解个性化医疗的需求,以及其在深空探测中对保持宇航员健康的作用。”

什么发生了改变?

在太空度过一年导致斯科特的颈动脉变粗、DNA损伤、基因表达变化、视网膜增厚、肠道微生物变化、认知能力降低以及染色体末端结构——端粒改变。但他的基因并没有改变或变异。

在太空中接种流感疫苗的效果和地球上完全一样。空间站的营养摄入和锻炼导致体重减轻,以及对生成红细胞至关重要的叶酸的增加。

基因表达的变化与DNA修复系统和免疫系统有关。斯科特一到达太空,就有1000多个基因发生变化。其中一些是预期之中的,例如与骨形成或修复DNA有关的变化,因为宇航员在空间中会损失骨密度,并且辐射会损伤DNA。但一些有助于产生能力和保护身体的线粒体及免疫系统基因的变化,表明长期太空飞行会增加对身体的压力。这也是细胞应激的证据。

研究人员表示,这表明斯科特的免疫系统处于高度警戒状态,以应对他的环境变化。

“基因表达发生了巨大变化。”研究作者之一、威尔康奈尔医学院的生理学和生物物理学副教授克里斯托弗·梅森说,“虽然斯科特回到地球后,许多变化都恢复了,但仍有一些变化,包括认知缺陷、DNA损伤和T细胞激活的一些变化被保留下来。我们还不知道这些变化是好还是坏。这可能只是身体作出的反应,但基因是不安的,所以我们想知道为什么,并跟踪看看能持续多久。”

而与在太空的前半年相比,在任务的后半期,基因的变化更大,后者发生变化的基因数量是前者的六倍。

通过观察斯科特和马克的表观基因组只显示出不到5%的差异。表观基因组是一种化学化合物,其作用就像是在DNA中开启或关闭基因。表观基因变化是对基因活动的调整,不会改变遗传密码。对于斯科特来说,这些变化涉及他的免疫系统反应以及与炎症相关的生化指标。

在太空中,被称为端粒的染色体末端帽在斯科特的白细胞中变长了。通常,端粒长度的变化与衰老或疾病有关,并且随着年龄的增长而缩短。端粒被看作不会变长。作为生物健康的标志物,端粒成为航天飞行的长期风险。

在返回地球后,斯科特的端粒迅速缩短,甚至比他前往空间站之前的长度还短。研究人员说,这可能会对他的细胞健康产生负面影响。现在,他有更多的短端粒。研究作者、科罗拉多州立大学教授苏珊·拜利表示,与短端粒相伴而来的衰老加速、心血管疾病和某些癌症的风险增加。

斯科特的眼球也改变了形状。他的视网膜神经变得僵硬,眼睛周围的脉络膜层出现皱褶。这些变化与视觉清晰度有关,并且也出现在其他男性宇航员身上,因为零重力导致了向前流体移动。它被称为空间相关的神经眼综合征或SANS。同样的流体位移导致颈部颈静脉扩张,心输出量增加,前额皮肤增厚。这给静脉、眼球和血管带来了很大的压力,导致引流。

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流体位移不仅影响他的眼睛,也影响他的心血管系统。斯科特的颈动脉壁在任务早期增厚,并在其余的飞行中保持这种状态。血液中的胶原蛋白水平发生了变化,会导致心血管危险因素的变化。这些改变在他返回地球后都恢复回标准指标。

虽然斯科特的肠道微生物组发生了变化,但它的多样性却没有,这对研究人员来说是鼓舞人心的。研究人员表示,比较斯科特在飞行前,飞行中和飞行后的样本比对马克的样本进行比较更有价值。在太空中,被称为厚壁菌门的肠道细菌数量增加,而肠道细菌拟杆菌则减少。两个类别都包有好细菌和坏细菌的混合物。

研究人员认为零重力引起了这种转变。但当斯科特回到地球时,平衡恢复正常。这项结果对未来制定对策来保持飞行前、中、后的生物平衡会有帮助。

斯科特的认知速度和准确度在飞行后的测试中有所下降,并且下降在他返回后持续长达六个月。

在斯科特登陆地球期间,免疫反应也有所增加,对于一个紧张的过程而言是相符的。同时,他的乳酸水平在太空飞行的前15天和最后14天内更高,不过确切的触发原因尚未确定。

在斯科特返回地球六个月后,几乎所有指标都恢复到正常、稳定或基线水平。

斯坦福大学遗传学系的研究员兼主任麦克·悉尼博士说:“他恢复了正常状态。”


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