Διαστημικό ταξίδι: Πως επηρεάζονται τα κύτταρα;

Το διαστημικό ταξίδι αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα της ανθρωπότητας. Πάνω από 200 αποστολές στο διάστημα έχουν πραγματοποιηθεί από την NASA τα τελευταία 30 χρόνια. Καθώς νέες διαστημικές εταιρίες αναδύονται και αυξάνεται η ανάγκη εξερεύνησης του διαστήματος, είναι αναγκαία η μελέτη του ανθρώπινου οργανισμού κατά τις διαστημικές αποστολές.

Δυστυχώς, οι αστροναύτες που επιστρέφουν στην Γη, παρουσιάζουν μια σειρά από προβλήματα υγείας όπως: γηριατρικό στρες, απώλεια μάζας των οστών και των μυών, ανωμαλίες στο κεντρικό νευρικό σύστημα, δυσλειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος και καρδιαγγειακά προβλήματα.

The Twins Study

Σχετική μελέτη είναι η Twins Study της NASA, όπου εξετάστηκαν δύο πανομοιότυποι δίδυμοι και πρώην αστροναύτες, οι Scott και Mark Kelly. Ακριβώς επειδή οι πανομοιότυποι δίδυμοι έχουν ίδιο γενετικό προφίλ, είναι εύκολο να ερευνηθεί ο τρόπος με τον οποίο το περιβάλλον επιδρά στην υγεία τους. Συγκρίθηκαν λοιπόν τα μοριακά προφίλ τους, όταν ο Scott ήταν σε μονοετή αποστολή στο διάστημα, ενώ ο Mark παρέμεινε στην Γη.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο Scott παρουσίασε αλλαγές στο μήκος των τελομερών, βλάβη στο DNA λόγω της διαστημικής ακτινοβολίας, στρες στο ανοσοποιητικό σύστημα, ενδείξεις αθηροσκλήρωσης και 7% μείωση στη μάζα σώματος. Παρόλο που οι περισσότερες από αυτές τις μεταβολές παρουσιάστηκαν μετά την επιστροφή του στη Γη, η λειτουργία του οργανισμού του επανήλθε στο φυσιολογικό και μόνο μερικές από αυτές τις αλλαγές δεν υποχώρησαν.

Διαστημικό ταξίδι και μιτοχόνδρια

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 25 Νοεμβρίου στο Cell, αποκαλύπτει τον τρόπο με τον οποίο το ταξίδι στο διάστημα επηρεάζει τα ανθρώπινα κύτταρα.

Η μελέτη αυτή εξέτασε ποντίκια και ανθρώπους που ταξίδεψαν στο διάστημα και αποκαλύφθηκε ότι τα μιτοχόνδρια, που είναι η μηχανή παραγωγής ενέργειας του κυττάρου, αρχίζουν να δυσλειτουργούν λόγω της αλλαγής στη βαρύτητα και την ακτινοβολία.

Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα βιοχημικών εξετάσεων αστροναυτών από αποστολές των ετών 2006 και 2007, καθώς εξετάστηκαν και κύτταρα όπου διατηρούνταν στο εργαστήριο GeneLab της NASA.

Το πρώτο βασικό αποτέλεσμα ήταν ότι οι επιπτώσεις του διαστημικού ταξιδιού ήταν πιο μεγάλες σε απομονωμένα κύτταρα παρά σε ολόκληρα όργανα.

Ως δεύτερο αποτέλεσμα βρέθηκε ότι οι αλλαγές στο ήπαρ ήταν μεγαλύτερες από ότι στα υπόλοιπα όργανα. Οι αλλαγές αυτές αφορούσαν την έκφραση γονιδίων και πρωτεϊνών. Αυτό συμβαίνει επειδή το ήπαρ αποτελεί κρίσιμο κέντρο για την ανίχνευση ανωμαλιών στην σύνθεση του αίματος και διατηρεί την ομοιόσταση του οργανισμού.

Ως τρίτο και κυριότερο αποτέλεσμα αποδείχτηκε ότι οι διαστημικές πτήσεις επηρεάζουν τα μιτοχόνδρια σε γενετικό, μεταβολικό και πρωτεϊνικό επίπεδο.

Επιπλέον, η αλλαγή στην γονιδιακή ρύθμιση που παρατηρήθηκε οφείλεται στην μικροβαρύτητα, η οποία επηρεάζει την μυϊκή μάζα.

Επιβεβαίωση πορισμάτων

Τα δεδομένα αυτά ενισχύθηκαν όταν εξετάστηκαν τα κύτταρα των αστροναυτών από το GeneLab. Παρατηρήθηκε αλλαγή στην γονιδιακή έκφραση που σχετίζεται με την παραγωγή ενέργειας, όπως και μιτοχονδριακό στρες σε ιστούς και κύτταρα που οδηγεί σε ριβοσωμικές και μεταφραστικές αλλαγές. Οι ιστοί ανταποκρίνονται διαφορετικά στο στρες της διαστημικής πτήσης διότι κάθε ιστός έχει διαφορετικές ενεργειακές ανάγκες.

Σε συνέντευξη που έδωσε η Evagelia C. Laiakis, PhD, αναπληρώτρια καθηγήτρια ογκολογίας στο Georgetown Lombardi Comprehensive Cancer Center, επιβεβαίωσε αυτό που απέδειξε η έρευνα: η μιτοχονδριακή λειτουργία επηρεάζεται αρνητικά από το διαστημικό ταξίδι. “Η εκτόξευση του SpaceX νωρίτερα αυτόν τον μήνα ήταν συναρπαστική. Από αυτήν και από άλλες προγραμματισμένες επιχειρήσεις για το φεγγάρι και τελικά για τον Άρη, ελπίζουμε να μάθουμε περισσότερα για τον τρόπο μείωσης των αρνητικών επιπτώσεων που αφορούν μελλοντικούς ταξιδιώτες” ανέφερε η Laiakis.

Επιπλέον οφέλη της έρευνας

Οι ερευνητές ανησυχούν ιδιαίτερα για τις επιπτώσεις που μπορεί να έχει το ταξίδι στον Άρη. Ο χρόνος παραμονής στο διάστημα θα είναι περισσότερος κατά την αποστολή αυτή, άρα η έκθεση στην ακτινοβολία θα είναι μακροχρόνια. Παρόμοιες έρευνες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην διασφάλιση της υγείας των αστροναυτών και να μειώσουν τον κίνδυνο δυσλειτουργίας των μιτοχονδρίων.

Φυσικά, η έρευνα αυτή πέραν της διασφάλισης ασφαλών ταξιδιών στο διάστημα, θα μπορούσε να συμβάλει στην βελτίωση της ακτινοθεραπείας για καρκινοπαθείς ασθενείς. Με τις γνώσεις αυτές πλέον, οι ερευνητές ενδέχεται να προσαρμόσουν τη θεραπεία ακτινοβολίας, έτσι ώστε να προστατεύεται ο φυσιολογικός ιστός.

Πηγές:

Comprehensive multi-omics analysis reveals mitochondrial stress as a central biological hub for spaceflight impact. Willian A. da Silveira, Hossein Fazelinia, Sara Brin Rosenthal, …,Christopher E. Mason, Sylvain V. Costes, Afshin Beheshti. Cell. Ανακτήθηκε από: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31461-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867420314616%3Fshowall%3Dtrue (Τελευταία πρόσβαση: 01/12/2020 Ώρα 21:15)

The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Garret-Bakelman et al, 2019. Science. Ανακτήθηκε από: https://science.sciencemag.org/content/364/6436/eaau8650 (Τελευταία πρόσβαση: 01/12/2020 Ώρα 21:40)