Близнецы Марк (слева) и Скотт (справа) Келли, участвовавшие в эксперименте НАСА.

«Исследование близнецов» дает первое полное биомолекулярное представление о том, как человеческое тело реагирует на космический полет, и служит важной вехой для лучшего понимания того, как поддерживать здоровье экипажа во время экспедиций с людьми на Луну и Марс.

Отставные астронавты НАСА Скотт Келли и его однояйцевый брат-близнец Марк приняли участие в расследовании, проводимом Программой по исследованию человека НАСА. Марк участвовал в исследовании на Земле, а Скотт тем временем провел эти же 340 дней в космосе на борту Международной космической станции в рамках экспедиций под номерами 43, 44, 45 и 46. Это позволило ему стать первым американским астронавтом, который провел почти год в космосе.

Эта рекордная одногодичная миссия включала в себя 10 исследований. Скотт участвовал в ряде биомедицинских тестов, в том числе в том, как человеческий организм приспосабливается к известным потенциальным опасностям в космосе, таким как невесомость и излучение. Тем временем Марк участвовал в параллельных исследованиях на Земле, чтобы помочь ученым сравнить влияние космоса на организм вплоть до клеточного уровня. Результаты представляют данные суммарно за 27 месяцев наблюдений.

«Исследование близнецов стало важным шагом к пониманию эпигенетики и экспрессии генов человека в космическом полете», — сказал Дж. Д. Полк, главный специалист по здравоохранению и медицине в штаб-квартире НАСА. «Благодаря братьям-близнецам и группе исследователей, которые неустанно работали вместе, ценные данные, собранные в этом исследовании, помогли обосновать необходимость персонализированной медицины и ее роль в поддержании здоровья астронавтов во время исследования дальнего космоса, поскольку НАСА стремится вернуться на Луну и путешествовать к Марсу».


Исследование близнецов в цифрах.

Основные результаты Исследования близнецов в НАСА включают результаты, связанные с изменениями экспрессии генов, реакцией иммунной системы и динамикой теломер. Другие изменения, отмеченные в одной из включенных статей, включают сломанные хромосомы, перестраивающиеся в хромосомных инверсиях, и изменение когнитивной функции. Многие из результатов соответствуют данным, собранным в предыдущих исследованиях..

Теломеры в белых кровяных клетках Скотта, которые являются биомаркерами старения в конце хромосом, были неожиданно длиннее в космосе, а потом стали укорачиваться после его возвращения на Землю, и средняя длина теломер вернулась к норме шесть месяцев спустя. Напротив, теломеры его брата оставались стабильными в течение всего этого периода. Поскольку теломеры важны для стабильности генома клетки, для будущих однолетних миссий запланированы дополнительные исследования динамики теломер, чтобы увидеть, повторяются ли результаты для длительных миссий.

Второй ключевой вывод заключается в том, что иммунная система Скотта должным образом реагировала в космосе. Например, вакцина против гриппа, вводимая в космосе, работала точно так же, как и на Земле. Полностью функционирующая иммунная система во время длительных космических полетов имеет решающее значение для защиты здоровья астронавтов от условно-патогенных микроорганизмов в космической среде.

Третьим важным открытием является изменчивость экспрессии генов, которая отражает то, как организм реагирует на окружающую среду — это поможет определить, как экспрессия генов связана с рисками для здоровья в космическом полете. Находясь в космосе, исследователи наблюдали изменения в экспрессии генов Скотта, причем большинство из них возвращались к норме через шесть месяцев на Земле. Тем не менее, небольшой процент генов, связанных с иммунной системой и восстановлением ДНК, не вернулся к исходному уровню после его возвращения на Землю. Кроме того, результаты определили ключевые гены для мониторинга здоровья будущих космонавтов и потенциальной разработки персонализированных контрмер.


Все результаты исследования в виде диаграммы.

«Во время космического полета происходит ряд физиологических и клеточных изменений», — говорит Дженнифер Фогарти, главный научный сотрудник Программы НАСА по исследованию человека в космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне. «Мы только слегка копнули поверхность знаний о поведении человеческого организма в космосе. Исследование близнецов дало нам первый комплексный молекулярный взгляд на генетические изменения и продемонстрировало, как человеческое тело адаптируется и остается устойчивым даже после года на борту МКС. Данные, полученные в результате комплексных исследований, таких как Исследование близнецов в НАСА, будут изучаться в течение многих лет».

Исследование близнецов помогло создать основу для будущих совместных биомедицинских исследований. Ученые в НАСА и в университетах по всему миру начали беспрецедентный обмен данными и открытиями. При поддержке 84 исследователей в 12 точках в восьми штатах данные этого комплексного исследования были объединены в одно всеобъемлющее исследование, обеспечивающее наиболее полный и комплексный молекулярный взгляд на сегодняшний день о том, как человек реагирует на космический полет. Хотя это важно, трудно сделать выводы для всех людей или будущих астронавтов из данных всего одного испытуемого.

«Насколько нам известно, эта команда провела исследование, беспрецедентное по своим масштабам на всех уровнях человеческой биологии: от молекулярного анализа клеток человека и микробиома до физиологии человека», — сказал Крейг Кундрот, директор Отдела исследований НАСА. «Этот документ является первым отчетом об этом высокоинтегрированном исследовании, которое началось пять лет назад, когда мы впервые о нем задумались. Мы с нетерпением ждем публикации дополнительных анализов и последующих исследований с участием будущих астронавтов, поскольку мы хотим продолжать жить и работать в космосе, а также отправиться на Луну и Марс».