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太空待一年 宇航员基因突变或影响人类衰老速度

2019-04-16 08:56   来源: 成都商报   编辑: 申海娟   责任编辑: 马兰

由美国航天局主持的一项联合研究显示,长时间太空旅行可能会改变宇航员的基因表达并构成多种健康风险,但并未改变基因本身。研究结果日前发表在美国《科学》杂志上。美航天局承认有必要采取应对措施,避免长期太空飞行对宇航员造成损害。

美国宇航员斯科特·凯利在国际空间站工作了1年,其同卵双胞胎兄弟马克·凯利则在地球上生活。多个机构的科研人员对他们开展对比研究,收集并分析了执行宇航任务前后共计25个月中二人的健康状况。

研究显示,宇航任务结束6个月后,斯科特的大部分基因表达恢复了基准水平,但仍有7%的基因表达存在变化。从遗传基因的角度来看,是无法恢复的永久损伤。

由美国航天局(NASA)主持的一项联合研究显示,长时间太空旅行可能会改变宇航员的基因表达并构成多种健康风险,但并未改变基因本身。研究结果日前发表在美国《科学》杂志上。

美国未来计划开展长达3年的火星旅行,因此美航天局承认有必要采取应对措施,避免长期太空飞行对宇航员造成损害。

实验对象

一对同卵双胞胎宇航员

把其中一人送上太空

美国宇航员斯科特·凯利在国际空间站工作了1年,其同卵双胞胎兄弟马克·凯利则在地球上生活。美国韦尔·康奈尔医学院、约翰斯·霍普金斯大学和德国波恩大学等多个机构的科研人员对他们开展了对比研究,收集并分析了执行宇航任务前后共计25个月中二人的健康状况。

斯科特表示,刚回到地球的那几天非常难受,有很长一段时间都没有活力相当疲惫,“我还以为自己得了流感”。

研究显示,宇航任务结束6个月后,斯科特的大部分基因表达恢复了基准水平,但仍有7%的基因表达存在变化。基因表达会影响基因如何读取或表达,但不影响用于遗传的基因代码本身。

佛罗里达大学认知神经科学家赛德勒说,“这些基因突变不会对宇航员造成直接危险,但不排除会增加他们未来罹患癌症的风险。”

血液里的两种免疫细胞调查显示,调控基因表达的DNA甲基化的最大差异发生在宇航任务进行到第9个月时,当时斯科特的DNA甲基化率为79%,而在地面上的马克DNA甲基化率为83%。二人DNA甲基化的位置也有所不同,斯科特的变化发生在与免疫反应有关的基因附近,并且有关炎症反应的生化标记物也相应升高了。

调查还发现,在国际空间站的后6个月,斯科特与马克的基因表达差异是前6个月的6倍。斯科特出现了颈动脉硬化、肠道菌群改变、认知能力下降、衰老和视网膜变厚等症状。

约翰斯·霍普金斯大学医学教授安德鲁·范伯格说,研究对象只有两个人,还不足以断定这些变化的原因就是太空飞行造成的,未来还需要开展更多研究。

美国航天局说,斯科特的大多数生化指标和健康指标维持稳定或恢复正常,且这些变化“可能在人体应激反应的范围之内”。这表明为期一年的太空飞行后,人类可以基本保持健康。

科罗拉多州立大学的癌症生物学家贝莉表示,人类染色体末端有个叫“端粒”的部分,通常随着年龄增长会渐渐缩短,辐射、污染、压力等等因素都有可能导致它加速变短,但奇怪的是,斯科特去一趟太空后,端粒竟然没缩短,反而比之前更长,换句话来说就是“他的细胞比以前更年轻了”,很有可能是“太空唤醒他体内某部分沉睡细胞”。

实验背景

关系着未来星际旅行的可行性

以及人类在宇宙中到底能走多远

空间环境会对人的身体造成什么样的影响呢?这是个非常重要并且基础的问题,因为这关系着未来星际旅行的可行性,以及人类在宇宙中到底能走多远。多年来,科学家对此问题进行苦苦思索,希望能获得真实的数据来进行参考和分析。

举个例子,如果想知道长期太空飞行对人体产生的影响,就可以找两个相同的人来进行对照实验:将一个人送入太空,一个人留在地球上,一段时间之后将两人进行对比,观察进入太空的人身上发生了哪些变化,就能初步知道太空旅行对人体的影响了。

这个对照实验的困难之处在于世上并无完全一样的两个人,科学家也就无法找到理想的实验对象。目前最好的方法莫过于——找一对同卵双胞胎作为实验对象,因为同卵双胞胎已经是基因相似度最高的人类了。但问题来了,世界上的同卵双胞胎固然不少,但是在身体素质和智力水平两方面都达到航天员要求的可不多。到哪里去找这样的双胞胎?

无巧不成书,NASA还真的有这么一对特殊的宇航员。斯科特和马克,他们是历史上唯一一对同卵双胞胎宇航员,两兄弟既满足基本的要求,也对太空实验有足够的认知。

2015年3月,斯科特在俄罗斯搭火箭上太空,马克则留在地球作为对比参照对象。2016年3月,经过了一年的任务之后,斯科特返回地球,在他执行飞行任务之前、飞行期间和返回地球之后,研究人员分别采集了两个双胞胎兄弟的DNA样本,希望找出太空生活对人类身心造成的影响。

此前,在NASA举办的人类研究计划2018年调查员研讨会上,NASA公布了他们的新发现。研究人员称,在太空中时,斯科特的一些基因表达发生了变化,而且回到地球几个月后,其中7%的基因表达仍然没有恢复到飞行前的状态。

实验结果

太空飞行对基因与染色体的影响

①基因表达变化 或影响人类衰老速度

根据太空飞行对照实验,威尔康奈尔医学院发表了一篇关于“太空基因”的论文,他们研究了太空环境对双胞胎兄弟RNA和DNA化学变化的影响后提出,虽然93%的基因表达在斯科特返回地球后恢复正常,但仍有数百个“太空基因”处于混乱状态。“太空基因”是遗传学家用的一个术语,用来指代纯粹由航天飞行而导致的基因表达出现异常变化的那些基因。

基因表达是一个受调控的过程,具有时间和空间的特异性。例如,按功能需要,某一特定基因的表达将严格按特定的时间顺序发生,或是在个体生长的过程中,某种基因产物会在个体按照不同组织空间顺序出现。基因表达也会因为外界的刺激发生变化,生物体所处的内、外环境是在不断变化的,通过调控基因的表达,可使得生物体表达出合适的蛋白质分子,以便更好地适应环境。在对照实验中,研究人员观察到的双胞胎基因表达的变化就是身体对空间飞行环境的一种应激反应。

7%的基因表达改变,这只是非常小的基因表达变化,这种反应与人在压力环境中,或者人在登山或潜水时出现的反应相似。基因表达发生异常变化,是一个很重要的信号。目前的研究还不能形成确定性的结论,但不可否认,基因表达变化可能会对免疫系统、骨骼构成、DNA损失修复等产生持久的影响,进而影响人类对环境的适应能力以及衰老的速度。

②端粒增长之谜 返回地球后长度则又缩短

通过实验,科学家发现:斯科特的端粒平均长度被发现显著增长,返回地球后的48小时内,斯科特的端粒长度则又缩短,然后稳定在飞行前的水平。马克的端粒长度则一直保持着相对稳定。

端粒,是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,它是染色体末端的“保护使者”,保护染色体不被“磨损”掉。一旦端粒磨损、耗尽,染色体将无法正常分裂,细胞的更新也就走向终止。因此,端粒的完好程度,能够表明细胞分裂潜力的大小:端粒越短,表明细胞的再生能力越小,剩余的分裂次数逐步逼近极限,细胞寿命越短;端粒越长,则意味着细胞的再生能力越强,剩余的分裂次数更多,机体组织将保持“年轻”。随着人的年龄增长,若端粒消耗殆尽,细胞将会慢慢走向凋亡,端粒的加长也意味着衰老速度的减缓。

客观地说,斯科特的端粒延长的机制还不是很清楚。研究人员猜测是由于在太空中,斯科特执行了严格的体能训练计划,并在饮食上限制了热量摄入。在执行任务过程中,斯科特的体重下降,并伴随着体内叶酸水平的升高,因而一个很可能的原因是太空中斯科特吃的食品更健康。斯科特的体重下降和叶酸增加与端粒延长的研究结果相吻合,这表示更健康的生活方式可能会使得端粒延长。

(综合新华社、北京晚报等)

原标题:太空待一年 宇航员基因突变或影响人类衰老速度

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