Рік у космосі – які наслідки?

Незвичне дослідження на близнюках виявило, з якими наслідками довготривалих місій астронавт мусить змиритися. Астронавти Скот і Марк Келлі (Scott і Mark Kelly) – однояйцеві близнюки, але лише один з них перебував на орбіті Землі впродовж року. Порівняння засвідчило: передусім у його геномі настали несподівані й суттєві зміни, зокрема й пошкодження. Деякі з них – незворотні. Здивувало й те, що космічний політ призвів до когнітивного дефіциту космонавта, проте лише після його приземлення на Землі.

Макр і Скот Келлі. Зображення: NASA.

Бути космонавтом – шкідливо, на це вказує досвід місій «Апполон», а також Міжнародної космічної станції (МКС). Через невагомість у космонавтів усихають м’язи та кістки, кров і вода піднімаються до голови. Крім того, в астронавтів часто починається гарячка, віруси стають активними, а серцево-судинна система постійно дає збої. Тривалі космічні місії можуть призвести до довгострокових змін у мозку, а в польотах на Марс їм загрожує навіть деменція.

Всі ці симптоми проявляються через кілька днів або місяців перебування в космосі. Але вже в недалекому майбутньому люди мають летіти на Марс та жити на орбітальних станціях. У дорозі через космічний простір вони можуть перебувати роками. «Дотепер лише четверо людей завершили космічну місію, що тривала більше року, тож про польоти понад шість місяців практично немає свідчень», – пояснили Френцін Ґарет-Бейклман (Francine Garrett-Bakelman) з Медичної шкоди Вейл Корнел (Нью-Йорк) та її колеги.

Тут на допомогу прийшов особливий вид досліджень – за участі близнюків. Астронавти НАСА Скот та Марк Келлі – однояйцеві близнюки. Поки Скот перебував рік на МКС, його брат Марк залишався на Землі. Завдяки цьому вчені змогли вперше визначити, які фізичні та психічні зміни спричиняє довготривале перебування в космосі, і порівняли їх з генетично ідентичною інформацією.

В процесі дослідження обоє братів здавали аналізи сечі, крові та проби слини – перед, після і під час перебування в космосі. Їхні генетичні, мікробіологічні та фізіологічні параметри аналізували 10 різних дослідницьких команд. Крім того, упродовж проекту, що тривав загалом 25 місяців, обоє астронавтів проходили тестування своїх фізичних і когнітивних здібностей.

Зараз вже готові результати, і вони виявилися несподіваними. Однозначним здається, що тривала космічна місія впливає на тіло та розум людини у кілька способів. Як і сподівалися, науковці виявили зміни серцево-судинної системи, а також імунного захисту, скелетно-м'язової системи та очей.

Підвищений маркер запалення та змінені нейромедіатори вказують на фізіологічно підвищений рівень стресу. Але у Скота Келлі, крім того, була змінена експресія генів – у понад 9 000 місцях, повідомили науковці.

Несподіванкою стали інші зміни в геномі: теломери в клітинах астронавта стали довшими – ці закінчення лінійної хромосоми на орбіті стали в середньому на 14,5 % більшими. «Це нас дуже здивувало», – сказала Сюзан Бейлі (Susan Bailey) з Колорадського університету. Адже з віком і в результаті стресу теломери зазвичай стають коротшими. Натомість хромосоми Скота Келлі ніби помолодшали.

Дивує й те, що після приземлення на Землю хромосоми космонавта повернулися до старого стану – але не всі. Кілька теломерів, що скоротилися в космосі, залишилися меншими і після повернення. Чому, залишається незрозуміло.

Менш несподіваним, але точно негативним, виявився інший генетичний ефект: упродовж космічної місії клітини астронавта, копіюючи ДНК, робили значно більше помилок, ніж зазвичай. Вони неправильно відтворювали частини хромосом або робили це на хибному місці. «Водночас сильніше проявлялися гени, що були пов’язані з реакцією на пошкодження ДНК» – повідомили Ґарет-Бейклман та її команда.

Це означає, що перебування в космосі збільшує пошкодження та помилки в геномі. Причиною є підвищене опромінення на земній орбіті, пояснили науковці. Впродовж року на МКС астронавт піддався опроміненню, що становить 146 мілізівертів – це та доза, яку в умовах природного радіаційного фону на Землі отримують упродовж 50 років.

Непокоїть і те, що після повернення на Землю помилки при копіюванні в хромосомах зберігалися ще впродовж місяців. «Це може вказувати на зумовлену опроміненням шкоду для клітинного джерела стовбурових клітин», – сказали науковці. В довгостроковій перспективі ці наслідки опромінення можуть суттєво підвищувати для астронавтів ризик захворіти на рак.

Але навіть для розуму довготривалі місії не минають безслідно. Хоч під час перебування на МКС не відбувалося деградації, та після повернення на Землю вона була.

«Розумова продуктивність астронавта зменшилася до рівня, нижчого ніж перед польотом. Цей дефіцит проявився у темпі та точності когнітивних вмінь і зберігався до шести місяців після повернення на Землю», – повідомила Ґарет–Бейклман та її команда. Чому цей дефіцит проявився лише після приземлення, дотепер залишається нез’ясованим.

Для майбутніх місій на Марс це може означати таке: по дорозі туди астронавти будуть готові до всяких викликів. Але, приземлившись на Червоній планеті, вони можуть почати припускатися помилок. «Це може перешкодити безпечному здійсненню космічної місії – наприклад, після приземлення на Марсі», – розповіли науковці.

«Помічені ефекти мають широкий спектр і є суттєвішими, ніж можна було очікувати – передусім йдеться про реакцію, зумовлену випромінюванням, нестабільність геному, підвищену зміну генетичної експресії та когнітивний дефіцит», – пише в супровідному коментарі Маркус Лебріх (Markus Löbrich) з Технічного університету Дармштадта.

Він наголошує також, що під час польоту на Марс астронавти піддаватимуться опроміненню, в п’ять разів більшому. Адже за межами Земної орбіти немає захисного шару магнітного поля. «Тож для майбутніх ініціатив важливо буде зрозуміти деталі цих змін і їхні довготривалі наслідки, – сказав Лебріх. – З цього погляду, дослідження Ґарет-Бейклман та її команди – дещо більше, ніж просто маленький крок для людства».