Как пребывание в космосе влияет на геном человека

Что известно о влиянии космоса на человека&

Десятилетия полетов на Международную космическую станцию показали: длительное пребывание вне Земли заметно изменяет физиологию. Астронавты сталкиваются с атрофией мышц, потерей костной плотности, проблемами со зрением, а также изменениями в сердечно-сосудистой и центральной нервной системах, пишет 24 Канал

Одно из исследований NASA, известное как Twins Study, показало, что микрогравитация влияет на астронавтов и на генетическом уровне. В нем принимали участие братья-близнецы Скотт и Марк Келли: Скотт провел год в космосе, а Марк оставался на Земле в качестве участника контрольной группы. Однако полный масштаб этих изменений до сих пор неизвестен, поэтому необходимы новые исследования.

Почему геном так сложно изучать

Проект "Геном человека" стартовал в 1990 году, а в апреле 2003 года его объявили завершенным: ученые определили последовательность всех 3 миллиардов пар оснований ДНК. Несмотря на это, физические принципы, по которым устроен геном, пока не поняты в полной мере.

Структура генома чрезвычайно сложна. Одномерная последовательность записана в молекулах ДНК длиной около двух метров, которые помещаются в крошечное клеточное ядро размером всего примерно 10 микрометров. Строение генома связано с его функциями, а отклонения могут приводить к заболеваниям, в частности к раку и нарушениям развития.

Ученые имитируют невесомость на Земле

Исследователи из Центра физики мягкого вещества Нью-Йоркского университета создали специальную установку, которая воспроизводит условия микрогравитации. Это машина случайного позиционирования, похожая на ту, что используют для подготовки астронавтов. На ней вращали чашки с живыми клеточными культурами одновременно по двум осям, по трехмерной траектории. Так удалось зафиксировать, как гены реагируют на микрогравитацию.

Во время таких вращений на Земле возникают потоки жидкости, которых нет в настоящей невесомости. Поэтому команда разработала трехмерные алгоритмы, моделирующие микрогравитацию и уменьшающие эти потоки. Кроме того, ученые создали алгоритмы для оценки того, как потоки влияют на клетки. Это уменьшило как сами потоки, так и образование скоплений клеток, которые в предыдущих исследованиях затмевали эффекты микрогравитации.

Что показали результаты

После 24 часов воздействия смоделированной микрогравитации или потоков жидкости ученые исследовали клетки с помощью современных методов визуализации. Они записывали серии изображений и анализировали изменения в клетках, ядрах, организации и динамике генома, а также возможное повреждение ДНК.

Микрогравитация увеличила объем клеточного ядра, что означает, что гравитация его уменьшает. Потоки жидкости, напротив, удлиняли клетки. Толщина и структура ядерной оболочки не изменились, поэтому гравитация, скорее всего, почти не влияет на эти характеристики. Физическая организация генома и его движения в ядре за сутки остались прежними. Обнаруженных изменений было немного, но со временем они могут накапливаться. Микрогравитация не повредила ДНК, а вот потоки жидкости привели к повреждениям.

Роль гравитации на Земле объяснила Александра Зидовская, доцент кафедры физики Нью-Йоркского университета.

На Земле гравитация – это постоянная механическая нагрузка на все живое. Мы хотели узнать, какую роль она играет в организации и работе генома. Чтобы это выяснить, нужно устранить гравитацию, поэтому мы смоделировали нулевую гравитацию,
– прокомментировала Александра Зидовская.

Что это означает для будущих миссий

Результаты обнадеживают: геном оказался очень устойчивым к механическому стрессу и, вероятно, выдержит микрогравитацию без серьезных изменений. Впрочем, это лишь верхушка айсберга. Влияние длительных полетов нужно изучать дальше, ведь от этого зависят будущие миссии на Луну, Марс и дальше.

Наши данные показывают, что геном, его организация и динамика удивительно устойчивы и, похоже, не зависят от гравитации или ее отсутствия по истечении 24 часов. Это свидетельствует о том, что физическая организация генома человека может мало изменяться в космосе за сопоставимый период времени. Однако одинаковые условия пребывания в космосе и повреждения ДНК, возникающие в космосе, делают изменения вполне возможными,
– добавила Александра Зидовская.

Статья с результатами нового исследования была опубликована в журнале Science Advances.