Піддослідні близнюки. Польоти до зірок змінюють гени людини

Американське космічне агентство NASA підвело підсумки унікального експерименту: Худобу Келлі на рік відправився на орбіту, а його брат-близнюк Марк залишився на Землі. Провідні ЗМІ планети опублікували сенсаційну новину: перебування в космосі змінює гени людини. Однак насправді все не зовсім так.

На рахунку Марка Келлі кілька польотів в космос, останній – у 2011-му Він був командиром шатла Endeavour і передбачалося, що в лютому він зустріне на МКС свого брата-близнюка Скотта, який відправився на орбіту на борту корабля "Союз ТМА-01М". Проте старт Endeavour перенесли, і брати розминулись – Марк повернувся на Землю до того, як Скотт дістався до МКС. У тому ж 2011-му Марк Келлі завершив кар'єру: його дружину-конгресмена Габріель Гіффордс тяжко поранили під час зустрічі з виборцями, так що астронавт вирішив вийти на пенсію, щоб бути з родиною. Скотт ж продовжив кар'єру – в березні 2015-го він відправився в нову місію, в ході якої встановив одразу два рекорди США: 340 днів за один політ і загальний наліт 520 діб 10 годину 31 хвилину 55 секунд (за чотири польоту).

Однією з цілей такої тривалої місії стало вивчення того, як людський організм реагує на перебування в глибокому космосі. Оскільки у Скотта є однояйцеві близнюки Марк, знайти зміни було простіше. Після завершення польоту багато видання написали, що місія активізувала "космічні гени" Келлі: нібито близько 7% його генів після повернення з польоту так і не повернулися у попередній стан. Так що Скотт і Марк більше не ідентичні близнюки. Однак фахівці NASA зазначають: змінилися не гени, а те, як вони себе вели.

Космічні мутанти

У NASA вирішили провести на близнюках 10 експериментів. Крім того, що в рамках спеціальної програми Human Research Program агентство проводить дослідження впливу перебування в космосі на здоров'я людини, місія з участю близнюків повинна була вивчити найменші зміни, які можуть з'явитися у людини в ході тривалого польоту.

Вчені вважають, що навіть мікроскопічні зміни можуть мати серйозний вплив на здоров'я астронавтів, а це дуже важливо в світлі можливих польотів на Марс, а також тривалого перебування на космічних станціях.

Дослідження розділили на чотири категорії: фізіологія, поведінка, зміна мікробіома (мікроорганізмів, що населяють людське тіло) і зміни на молекулярному рівні, включаючи модифікації ДНК. Вчені з'ясовували, як працюють одні і ті ж гени (незалежно від того, включені вони чи ні) в космосі і на Землі. Чи буде змінюватися генетичний матеріал під впливом космічної радіації, стану невагомості або перебування в замкнутому просторі станції? Як ці ситуації вплинуть на синтез білка в тілі космонавта? Ці дослідження повинні були допомогти вченим зрозуміти взаємозв'язок між вродженим і набутим.

Публікацію результатів дослідження розділили на три етапи. Першу порцію NASA опублікувала в минулому році. Порівнявши велика кількість метаболітів, цитокінів та інших білків, вчені з'ясували, що для організму людини політ у космос пов'язаний зі стресом через зниження вмісту кисню, збільшення кількості запальних процесів і значних змін у харчуванні, які впливають на експресію генів (процес, в ході якого спадкова інформація перетвориться в РНК або білок).

Крім того, з'ясувалося, що теломери у Скотта виявилися довшими, ніж у його брата Марка, що залишився на Землі. Теломери — кінцеві ділянки хромосом, своєрідні чашечки. Вважається, що теломери захищають ДНК у процесі клітинного поділу. Між тим самі теломери в ході цього процесу скорочуються. Простіше кажучи, чим людина старше, тим коротше теломери. Втім, вони можуть скорочуватися і під впливом способу життя – у людей одного віку клітини можуть бути молодше, ніж належить по паспорту, або старше. В ході дослідження змін, які відбулися в тілі Скотта Келлі за рік перебування в космосі, виявилося, що космос не старить, як вважалося раніше, а, навпаки, омолоджує.

Після повернення на Землю Скотт почав заново звикати до земної гравітації. Більшість біологічних змін, які відбулися з ним у космосі, досить швидко зникли деякі протягом декількох годин або днів після прильоту. Деякі протрималися близько півроку. Так, наприклад, під час перебування на борту МКС Скотт "підріс" на 5 см, але після повернення на Землю його зростання знову став таким, як і до польоту.

У січні 2018-го NASA опублікувала черговий фрагмент дослідження, мова в якій йшла про зміну експресії генів Скотта Келлі під час перебування на МКС. Саме навколо цих даних і розгорілася буря в медіа. Ласі на сенсації ЗМІ моментально сповістили читачів, що перебування в космосі змінює ДНК людини. Так що в космос полетів брат-близнюк Марка, а повернувся вже не близнюк – близько 7% генів Скотта зазнали змін.

Однак насправді нічого такого не сталося. NASA навіть довелося робити офіційну заяву про те, що Марк і Скотт залишаються близнюками. Вчені кажуть, що ДНК Скотта значно не змінилася, справа в експресії генів, тобто в реакції організму на навколишнє середовище.

На зорі розвитку генетики вважалося, що гени відповідають буквально за все: не тільки за колір очей, але і за процеси метаболізму, схильність до певних хвороб і навіть тривалість життя. Навколишнє середовище теж впливала на життя людини, але її роль була далеко не першочерговим. Проте сучасні дослідження доводять, що гени лише на 20% визначають те, як функціонує людський організм, інше залежить від раціону і навколишнього середовища. Дослідженням такого роду впливів займається епігенетика.

Експеримент NASA показав відмінності в експресії генів у Скотта і Марка. Ці зміни можуть вказувати на "космічні гени" – ті, функції яких впливає перебування за межами Землі. Між тим для подібних мутацій зовсім не обов'язково ставати космонавтом. Схожі зміни в експресії генів спостерігаються, наприклад, у альпіністів і підводників. До того ж тривалі зміни в експресії генів у ході експерименту NASA торкнулися лише 7% генів, в першу чергу пов'язаних з імунною системою, відновленням ДНК, формуванням кісток і реакцією на нестачу кисню. Експресія інших 93% генів не змінилася або ж швидко прийшла до норми після повернення на Землю.

Також виявилося, що продовження космічних місій з традиційних піврічних до річних не призвело до значного зниження когнітивних здібностей Скотта порівняно з його братом-близнюком Марком. Цікаво, що тимчасовий "інтелектуальний занепад" проявився у Скотта вже після завершення польоту, ймовірно, із-за повторної адаптації тіла до денного світла і гравітації Землі, а також, можливо, з-за жорсткого графіка, до якого Скотту довелося звикати після завершення місії.

"Ні одні близнюки на 100% не ідентичні", – нагадують в NASA. Експерти підкреслюють, що з часом близнюки стають все більш різноманітними – у кожного людського організму свій унікальний життєвий досвід, пов'язаний з навколишнім середовищем, раціоном, рівнем стресу і т. д. Фінальний звіт про дослідження космічних близнюків у NASA обіцяють оприлюднити наприкінці року.

Навіщо потрібні експерименти

Вивчення змін, які можуть статися з людським тілом під час тривалого перебування в космосі, – один з етапів підготовки до тривалих космічних місія, зокрема, польотів на Марс. Так, NASA планує відправити людей на Червону планету в 30-х роках. За попередніми даними, політ триватиме близько трьох років. Тому вчені і з'ясовують, наскільки зміниться людина за цей час в умовах глибокого космосу.

Так, вчені вже знають, чому космонавти на орбіті "ростуть", – в умовах невагомості рідини заповнюють великі простору між хребцями і хребет подовжується. З-за відсутності гравітації астронавти також стикаються зі зміною структури м'язів. Згідно з дослідженням, проведеним на МКС, місія тривалістю від чотирьох до шести місяців викликає максимальні втрати м'язової діяльності на 30% і максимальні втрати м'язової маси на 15%.

Одне з важливих напрямків досліджень – можливість запліднення і виношування вагітності в космосі. У NASA цю тему коментують не дуже охоче, але ще в 2008-му були проведені випробування 2Suit – спеціального костюма, призначеного для занять сексом в космосі.

Читайте також: Секс-місія на Марс. Чому чоловікам потрібна допомога

Втім, сьогодні перед дослідниками стоїть ще одна важлива задача – нейтралізація високого рівня космічної радіації. Так, прилади на борту орбітальної місії "Екзомарс" допомогли вченим з'ясувати, що астронавти зможуть зробити до Марса лише один політ. Астронавт, мандрівний приблизно рік до Марса, отримає близько 0,7 зіверт іонізуючого випромінювання (близько 73 рентген). Це більше половини від максимальної дози радіації, допустимої для астронавтів за всю кар'єру.