双城记——探索太空旅行对健康的影响

【字体: 时间:2018年12月21日 来源:生物通

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  尽管SpaceX计划在十年内将人类送上火星,但我们尚不清楚长时间的太空旅行对人体健康的影响。那么,同卵双胞胎的研究是否能够带给我们一些答案?

  

与雄心勃勃的SpaceX不同,美国宇航局(NASA)的官员上月表示,美国航天部门将在25年内让人类登上火星。不过,在此过程中,需要克服巨大的技术和健康难题,如来自宇宙的致命辐射、潜在的失明风险,以及骨骼萎缩的危险。

为了更好地了解太空旅行对人体健康的短期和长期影响,NASA决定利用同卵双胞胎的遗传相似性。同卵双胞胎在遗传上几乎完全相同,因此,环境因素对健康有着巨大的影响。

在这项双胞胎研究中,前宇航员Scott Kelly被派往国际空间站(ISS)待了一整年,而他的孪生兄弟Mark Kelly待在地球上作为对照。宇航员通常在空间站待六个月的时间,而这项任务的持续时间多了一倍。

双胞胎研究

NASA在三年前启动了这项研究,它由约翰•霍普金斯大学医学院的Andrew Feinberg领导,旨在阐明长期暴露在零重力条件下将对宇航员的生物学特征有何影响。

前宇航员Scott和Mark自愿参加此项目。在出发之前,这对双胞胎接受了全面体检,包括唾液和血液检查、尿液和粪便样本检测,以及认知检查和全身成像。之后,在不同的时间点继续开展这些检测,而Scott的样本被冷冻在国际空间站,以便在返回地球后再进行检测。

这些检测让科学家能够观察到遗传、微生物组、身体或认知方面的变化。他们预计会观察到微生物组的变化,因为Scott和Mark的饮食有很大差异。Scott在国际空间站吃着预先准备好的脱水食物,而Mark在地球上吃着各种各样的食物。

科学家预计太空中的辐射也会造成一些影响,包括冠心病、癌症和认知障碍的风险。尽管Scott的基因序列没有发生改变,但表观遗传修饰出现变化。即使在Scott返回地球后,大约7%的变化基因仍然如太空中一样活跃,而重力也没有把基因表达水平拉回正常值。

这些变化可能是长期的,并且至少与五个不同的生物学通路有关,不过,NASA已确定这些变化在最小范围。之前的研究强调了微重力对表观遗传学的影响,而Mark在地球上的表观遗传变化也证明了这一点。不过目前还不知道这些变化意味着什么。

此外,Scott还出现了组织氧合不足以及线粒体损伤。他的端粒长度也发生了改变,起初长度增加,而在返回地球后长度迅速缩短。目前他的端粒长度已经稳定在太空旅行前的水平。同时,他的胶原蛋白水平、血液凝固和骨形成也有变化。所有的问题都可能归因于零重力、辐射和其他太空飞行条件。

小鼠的太空之旅

为了进一步了解太空旅行对健康的影响,下一阶段的双胞胎研究将在小鼠身上开展。小鼠是成熟的人类健康研究模型,而小鼠实验的某些变量可以严格控制,包括饮食。这将让研究人员了解微生物组的变化是否归因于微重力环境。

此次实验将使用遗传特征相同的小鼠。在今年6月,SpaceX的龙(Dragon)载货飞船成功发射。20只小鼠被送往国际空间站,而另外20只留在地球上。这项研究的结果将让人们更好地了解太空旅行是否影响人体健康,以及未来的火星任务是否可行。(生物通 薄荷)

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