威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)和美国国家航空航天局(NASA)研究人员的研究显示，长期太空飞行对基因表达的影响比短途旅行更大，尤其是对免疫系统和DNA修复系统。
美国宇航局宇航员马克·凯利(左)和双胞胎斯科特·凯利(右)。
克里斯托弗·梅森的生理学和生物物理学副教授威尔康奈尔医学、领导10团队的科学家之一选择由NASA比较遗传、生理和行为的变化同卵双胞胎斯科特和马克·凯利之前,期间和之后斯科特开始了为期一年的任务在国际空间站在2015 – 16。马克过去曾执行过较短的太空任务，他留在了地球上，提供了一个基因完全相同的控制对象。
这些发现,出现在4月12日出版的科学杂志上的封面,表明斯科特经历了颈动脉增厚,增厚的视网膜,体重下降,肠道微生物的变化,减少认知能力,DNA损伤和基因表达的变化,延长染色体的末端叫做端粒在飞行。回到地球后，端粒的伸长被加速的缩短和丢失所取代，这对细胞健康有潜在的负面影响。
这项研究将帮助科学家更好地了解宇航员在长期太空飞行中所经历的变化。它还可能帮助他们更好地治疗或防止长时间的太空飞行对宇航员健康造成的任何损害，这一点在NASA和其他团队准备为期三年的火星任务时尤为重要。
“这给了我们一个生物医学和分子路线图为未来的宇航员,”梅森说,世卫组织还在计算生物医学计算基因组学的副教授威尔康奈尔医学的阿尔瓦利德•本•塔拉尔王子殿下。本。阿卜杜阿齐兹Alsaud计算生物医学研究所的神经科学副教授Feil家庭大脑和思维研究所,桑德拉和爱德华·梅尔癌症中心的成员,以及世界定量预测量化计划(WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction)主任。梅森领导了这项研究的遗传学、基因表达、表观遗传学和微生物组研究。
2014年3月，包括威尔医学系联合研究员阿里·梅尔尼克(Ari Melnick)博士在内的10个研究小组被选中，他们只有几个月的时间来准备研究方案，用于收集和分析斯科特和马克的样本。在执行任务期间，梅森的同事弗朗辛·加内特-贝克曼博士(Dr. Francine Garrett-Bakelman)在休斯敦收集了斯科特送回地球的血液样本。她在36小时内对他们进行了分析，并与在梅森和梅尔尼克实验室工作的计算生物医学助理Cem Meydan远程合作。
研究小组还观察了斯科特和马克出发前6个月和返回后9个月的样本。他们正在寻找他们DNA中的突变或损伤，以及决定哪些基因开启或关闭的表观遗传变化。他们还观察了男性细胞产生的蛋白质的变化，以评估这些变化可能如何影响他们的健康。一些基因活动的变化，比如与骨骼形成或DNA修复有关的基因活动的变化，是预料之中的，因为众所周知，宇航员在失重状态下的骨密度会降低，在飞行过程中暴露在DNA损伤辐射下的几率也会增加。但他们也看到了线粒体基因活动的变化，线粒体基因有助于身体产生能量，而免疫系统基因表明，长期旅行可能会增加身体的压力。使用新方法从奥古斯汀博士的实验室崔表示抗议,斯蒂芬和苏珊娜维斯院长威尔康奈尔医学和医疗事务,康奈尔大学的教务长研究者也观察到更高的线粒体DNA中游离DNA的一部分血液,细胞压力的指标。
“基因表达发生了巨大的变化，”梅森说。“在任务的最后六个月里，基因表达的变化是任务前六个月的六倍。斯科特回到地球后，许多变化都逆转了，但有些变化仍然存在，包括认知缺陷、DNA损伤和t细胞活化的一些变化。
“我们还不知道这些变化是好是坏，”梅森说。“这可能只是身体的反应，但基因会受到干扰，所以我们想知道原因，并追踪它们，看看能持续多久。”
这项研究也可能帮助地球上的病人，特别是那些经常经历剧烈基因变化和忍受辐射的癌症患者。对地球上健康的人以及在太空中承受巨大压力的人进行详细的研究，可以让科学家们对严重压力下的正常反应以及身体能够适应的程度有新的认识。这可能有助于科学家将身体的正常应激反应与癌症、感染或其他应激源相关的病理变化区分开来。
克里斯托弗·梅森
“很有可能,这两个宇航员一直在研究深度比历史上任何其他的人,”梅森说,他也是一个创始人之一,股权利益相关者和Onegevity卫生顾问公司提供全面的分子肖像和定制的建议对个人的健康纵向综合分析的基础上血,遗传学和微生物组配置文件。“它们让我们对细胞、分子和生理变化有了真正深入的了解，可以帮助我们了解人类能够承受的范围。”
研究中还出现了一些有用的新工具，包括梅森团队发明的便携式DNA测序技术，宇航员将在未来的太空任务中使用这些技术对自己的DNA进行测序。2016年，在NASA的生物分子测序任务中，梅森和同事们证明了DNA测序仪可以在国际空间站上工作。基于这一发现，梅森的团队于2019年在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表了一篇机器学习算法，揭示了该技术还可以检测太空中的表观遗传变化。这项工作由美国国家航空航天局和太空健康转化研究所资助，以帮助在国际空间站上执行为期一年的新任务，并为火星做准备。
他说，通过提供可在实地使用的便携式测序工具，同样的技术现在正被用于帮助控制疾病爆发，包括西非的埃博拉病毒和巴西的寨卡病毒。梅森是康奈尔大学(Cornell)一家名为Biotia的科技初创公司的联合创始人和股东。通过该公司，DNA测序仪也被多家国际医院用于追踪感染，帮助开创了包括纽约市在内的所有医院的更快的DNA检测方法。
梅森说:“你不再需要等待数天或数周的DNA测序和分析。“你可以在几个小时内完成它，要么坐在地球上的医院里，要么在国际空间站上以每秒5英里的速度移动。”
布里奇特·奎恩(Bridget Kuehn)是威尔·康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)的自由撰稿人。
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