De historische NASA Twins Study onderzocht identieke tweelingastronauten Scott en Mark Kelly en leverde nieuwe informatie op over de gezondheidseffecten van tijd doorbrengen in de ruimte.

Professor Susan Bailey van de Colorado State University was een van de meer dan 80 wetenschappers van 12 universiteiten die onderzoek deden naar het leerboekexperiment; Mark bleef bijna een jaar op aarde terwijl Scott hoog boven de aarde cirkelde. De enorme inspanning werd gecoördineerd door NASA's Human Research Program.

Bailey heeft haar NASA-onderzoek voortgezet en voegt zich nu bij meer dan 200 onderzoekers van tientallen academische, regering, luchtvaart- en industriegroepen om op 25 november een pakket van 30 wetenschappelijke artikelen te publiceren in vijf Cell Press-tijdschriften.

Jared Luxton, die onlangs is gepromoveerd in cel- en moleculaire biologie aan CSU, is de eerste auteur van twee van de studies. Hij is nu een datawetenschapper bij het Amerikaanse ministerie van landbouw in Fort Collins.

Het onderzoek - inclusief een overkoepelend document dat behandelt wat de onderzoekers hebben geleerd over de fundamentele kenmerken van ruimtevluchten - vertegenwoordigt de grootste verzameling gegevens over de ruimtebiologie en de gezondheidseffecten van astronauten die ooit zijn geproduceerd.

voor Bailey, het is ook een mijlpaal die vele jaren van samenwerking met NASA markeert, waaronder haar hoofdrol in fundamentele stralingsstudies en de eer om geselecteerd te worden als onderzoeker voor de Twins Study en gelijktijdige onderzoeksprojecten waarbij astronauten betrokken waren. Gedurende deze periode, verschillende afgestudeerde studenten in haar lab promoveerden onder haar mentorschap.

"We hebben nu een fundament om op voort te bouwen - dingen waarvan we weten dat we naar toekomstige astronauten moeten zoeken, inclusief telomeerlengteveranderingen en DNA-schadereacties, "Zei Bailey. "Vooruitgaand, ons doel is om een ​​beter idee te krijgen van onderliggende mechanismen, van wat er gaande is tijdens een langdurige ruimtevlucht in het menselijk lichaam en hoe dit tussen mensen verschilt. Niet iedereen reageert op dezelfde manier. Dat was een van de goede dingen van het hebben van het grotere cohort astronauten in deze onderzoeken."

Het bestuderen van de uiteinden van chromosomen, met gevolgen voor veroudering

Bailey is een expert op het gebied van telomeren en stralingsgeïnduceerde DNA-schade, onderzoeksgebieden die over de hele wereld van groot belang waren toen de Twins Study werd gepubliceerd. In die studie, zij en haar team ontdekten dat de telomeren van Scott in zijn witte bloedcellen langer werden in de ruimte, en keerde vervolgens terug naar bijna normale lengte nadat hij terug op aarde was.

Telomeren zijn beschermende "kapjes" op de uiteinden van chromosomen die korter worden naarmate een persoon ouder wordt. Grote veranderingen in telomeerlengte kunnen betekenen dat een persoon het risico loopt op versnelde veroudering of de ziekten die gepaard gaan met ouder worden, hart- en vaatziekten en kanker bijvoorbeeld.

In het laatste onderzoek Bailey, Luxton, Senior onderzoeksmedewerker Lynn Taylor en team bestudeerden een groep van 10 niet-verwante astronauten, waaronder CSU-aluin Dr. Kjell Lindgren, het vergelijken van de resultaten met bevindingen van de Kelly-tweeling. De onderzoekers hadden geen toegang tot bloed- en andere monsters tijdens de vlucht van alle bemanningsleden, maar Bailey zei dat ze bloedmonsters hadden voor en na de ruimtevlucht voor iedereen.

Bij de onderzoeken waren astronauten betrokken die ongeveer zes maanden op het internationale ruimtestation ISS in een lage baan om de aarde hebben doorgebracht, die is beschermd tegen enige ruimtestraling. Ondanks de bescherming, wetenschappers vonden bewijs van DNA-schade die waarschuwingssignalen zouden kunnen zijn voor mogelijke gezondheidseffecten.

Nieuwe ontdekking van oxidatieve stress

Onder de nieuwe bevindingen, het onderzoeksteam ontdekte dat chronische oxidatieve stress tijdens ruimtevluchten bijdroeg aan de telomeerverlenging die ze waarnamen. Ze ontdekten ook dat astronauten in het algemeen kortere telomeren hadden na een ruimtevlucht dan voorheen. Het team observeerde ook individuele verschillen in reacties.

Om meer inzicht te krijgen in deze bevindingen, Bailey's team bestudeerde ook tweelingbergbeklimmers die de Mount Everest beklommen, een extreme omgeving op aarde. De niet-klimmende tweeling bleef op lagere hoogte, waaronder in Boulder, Colorado. Opmerkelijk, het team vond vergelijkbaar bewijs van oxidatieve stress en veranderingen in telomeerlengte bij de klimmers.

Christoffel Mason, universitair hoofddocent bij Weill Cornell Medicine en co-auteur met Bailey, genexpressieanalyses uitgevoerd op de Mount Everest-klimmers. Hij vond bewijs van een telomerase-onafhankelijke, op recombinatie gebaseerde route van telomeerlengtebehoud waarvan bekend is dat deze resulteert in langere telomeren.

Bailey zei dat wanneer chronische oxidatieve stress optreedt, het beschadigt telomeren.

"Normale bloedcellen sterven af ​​en proberen te overleven, "zei ze. "Ze passen zich aan aan hun nieuwe omgeving. Sommige cellen zullen een alternatieve route activeren om hun telomeren in stand te houden. Het is vergelijkbaar met wat er gebeurt met sommige tumoren. Sommige cellen komen uit dat proces. Dat is wat we denken te zien tijdens ruimtevluchten."

Luxton zei dat het hierboven beschreven mechanisme - bekend als alternatieve verlenging van telomeren, of ALT - was een onverwachte bevinding.

"Dat zie je meestal bij kanker of bij het ontwikkelen van embryo's, " hij zei.

Zorg voor je telomeren

Net als bij de conclusies uit de Twins Study, Bailey zei dat de nieuwe bevindingen gevolgen hebben voor toekomstige ruimtereizigers die een basis op de maan vestigen of naar Mars reizen. of zelfs als ruimtetoerist. Langdurige verkenningsmissies zullen meer tijd en afstand met zich meebrengen buiten de bescherming van de aarde.

Hoewel langere telomeren in de ruimte misschien een goede zaak lijken, misschien zelfs een "fontein van de jeugd, ’ zei de wetenschapper dat ze een iets ander einde van het verhaal vermoedt.

"Verlengde levensduur, of onsterfelijkheid, van cellen die door ruimtestraling veroorzaakte DNA-schade hebben geleden, zoals chromosomale inversies, is een recept voor een verhoogd risico op kanker, " ze zei.

Bailey zei dat zij en het team verhoogde frequenties van inversies zagen bij alle bemanningsleden. tijdens en na de ruimtevlucht.

"Telomeren zijn echt een afspiegeling van onze levensstijl - op of buiten de planeet, " zei Bailey. "Onze keuzes maken een verschil in hoe snel of hoe goed we ouder worden. Het is belangrijk om voor je telomeren te zorgen."