Het begint met één instrument. Dan komt er een ander bij. Voor je het weet speelt er een grootse symfonie voor je ogen. NASA Twins Study-onderzoekers willen hun resultaten graag integreren en een symfonie van wetenschap creëren.

Voorlopige bevindingen werden besproken tijdens de Human Research Program Investigators' Workshop in januari, en nu is er veel enthousiasme als het integratieproces begint. De onderzoekers zijn een unieke groep onderzoekers met verschillende expertises die verband houden met genetische en fysiologische studiegebieden.

Terwijl Scott Kelly een jaar in de ruimte aan boord van het ruimtestation verbleef, zijn identieke tweelingbroer, gepensioneerde astronaut Mark Kelly, bracht dat jaar op aarde door. Het vergelijken van de biologische monsters van de tweeling zal belangrijke informatie opleveren over hoe ruimtevluchten het menselijk lichaam beïnvloeden. Deze baanbrekende genetische studies zullen NASA helpen astronauten veilig te houden op hun reis naar Mars.

De symfonie begint met data. Grote gegevens. De Twins Study is opgezet als een multi-omics pilotstudie voor het delen van data. Typisch, onderzoek wordt individueel gedaan en resultaten worden openbaar gemaakt in wetenschappelijke tijdschriften die discussies over bevindingen op gang brengen. Echter, deze studie is anders. Vanaf het begin, de Twins Study-onderzoekers zijn van plan om hun resultaten te integreren voordat ze worden gepubliceerd.

Elk onderzoek is als een instrument. Op zichzelf, het speelt solomuziek. Maar zet ze allemaal bij elkaar en je hebt iets ongelooflijks.

"Het mooie van deze studie is het integreren van rijke datasets van fysiologische, neurogedrags- en moleculaire informatie, men kan correlaties trekken en patronen zien, " zei Tejaswini Mishra, doctoraat, onderzoeker aan de Stanford University School of Medicine, wie de geïntegreerde database maakt, het registreren van resultaten en het zoeken naar correlaties. "Niemand heeft ooit zo diep naar een menselijk onderwerp gekeken en ze in dit detail geprofileerd. De meeste onderzoekers combineren misschien twee tot drie soorten gegevens, maar deze studie is een van de weinige die veel verschillende soorten gegevens en een ongekende hoeveelheid gegevens verzamelt. informatie."

De volgende stap in de Twins Study is het componeren van de symfonie. Terwijl individuele onderzoekers hun gegevens analyseren en verzamelen, zullen ze hun individuele en integratieve analyses delen met het Stanford-team onder leiding van Mike Snyder, doctoraat, die verschillende methoden zal toepassen om het verder te integreren in big datasets en een meesterlijk ensemble te gaan componeren. Daarna, de onderzoekers zullen beginnen met het beoordelen van de geïntegreerde dataset om hun eerste bevindingen te bevestigen of te wijzigen.

"Er zijn veel primeurs met deze studie en dat maakt het spannend, " zei Brinda Rana, doctoraat, universitair hoofddocent psychiatrie, Universiteit van Californië San Diego School of Medicine. "Een vergelijkende studie met een tweeling in de ruimte en een op aarde is nog nooit eerder gedaan. Elk onderzoek binnen het onderzoek vult het andere aan."

De onderzoekers beschouwen de studie als een nieuw muziekstuk waarbij ze hun individuele partijen leren en vervolgens samen met de dirigent de partituur spelen. Door de integratie van gegevens van biochemische markers, cognitief vermogen, darm bacteriële samenstelling, en biomoleculen (DNA, RNA, eiwitten, metabolieten), ze hopen gezondheidsgerelateerde moleculaire effecten van ruimtevluchten te identificeren om astronauten te beschermen tijdens toekomstige missies.

"De menselijke systemen in het lichaam zijn allemaal met elkaar verweven, daarom moeten we de gegevens op een holistische manier bekijken, " zei Scott M. Smith, doctoraat, NASA-manager voor voedingsbiochemie bij het Johnson Space Center. Hij voert biochemische profielen uit op astronauten en zijn onderzoek richt zich op specifieke metabolieten, eindproducten van verschillende biologische routes en processen.

"Als we eiwitveranderingen zien, kunnen we naar het RNA kijken, en als we RNA-veranderingen zien, kunnen we naar het DNA kijken, zei Rana. "Door gegevens te integreren, kunnen we een tijdlijn maken om ons een indicatie te geven of het een voorloper of resultaat van genetica is. Regelt een specifiek gen eiwitverandering of andere genen? Als we dat eenmaal weten, kunnen we oorzaak en gevolg vaststellen en moleculen gebruiken om te meten ."

Soms verrast de wetenschap ons.

Susan Bailey, doctoraat, hoogleraar bestralingskankerbiologie en oncologie, College voor Diergeneeskunde en Biomedische Wetenschappen, Colorado Staatsuniversiteit, ontvangen voorlopige resultaten in tegenstelling tot haar hypothese. Telomeren worden korter naarmate we ouder worden, dus ze verwachtte dat de telomeren van Scott Kelly korter zouden worden na bijna een jaar in de ruimte te hebben gewoond. Maar tot haar verbazing de voorlopige resultaten toonden een toename van de gemiddelde telomeerlengte of een toename van de populatie van cellen met langere telomeren. Daarom, ze is op zoek naar mechanistische gegevens om uit te leggen wat ze ziet. Om te bepalen of het een anomalie is of niet, ze kijkt naar Scotts trainingsschema, food logs and behavioral data. She also is looking at data from Andy Feinberg, MD, M.P.H., regisseur, Center of Epigenetics, Johns Hopkins University School of Medicine, who is analyzing methylation patterns, a major factor in gene regulation and gene expression, such as which genes are turned on and off.

Bailey will also look at data from Chris Mason, doctoraat, associate professor, Department of Physiology and Biophysics Weill Cornell Medicine, for mutations in the promoter region of the telomerase, to help form a correlation and confirm or refute her preliminary finding.

Mason said, "Both the universe and the human body are complicated systems and we are studying something hard to see. It's like having a new flashlight that illuminates the previously dark gears of molecular interactions. It is a more comprehensive way to conduct research."

"There is no doubt, the learnings from integrating our data will be priceless, " said Emmanuel Mignot, MD, doctoraat, director of Center for Sleep Science and Medicine, Stanford University School of Medicine. He studies the immune system and is enthusiastic to study specific immune cell populations because many of the other immune studies focus only on general factors.

The orchestra is only warming up now. As the data from individual investigations start filtering into the integrated composition, researchers and NASA eagerly await the results. When the full score of integrated data is ready, the summary of results will be published in late 2017 or early 2018. After that, individual investigators will publish theme papers with more detailed findings of the various investigations. As NASA embarks on its next journey, the results of the Twins Study will provide a front-row seat in this grand performance of human exploration.