Studie findet neue Biomarker, die bei der Identifizierung von Weltraumflugrisiken helfen könnten

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat neue Biomarker gefunden, die für diagnostische Zwecke und möglicherweise als Vorhersageinstrumente für die mit Weltraumflügen verbundenen Risiken verwendet werden können.

In ihrer Studie untersuchte das Team, dem drei Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) angehörten, etwa zwei Jahrzehnte alte Blutproben von Space-Shuttle-Astronauten vor und nach dem Flug.

Ihre Ergebnisse wurden online in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in der Genetik.

„Wir wussten, dass Nukleinsäure in Exosomen 15 bis 20 Jahre lang intakt sein kann, aber wir waren uns nicht sicher, wie sich die Raumfahrt auf sie auswirken würde und ob wir intakte Exosomen mit Nukleinsäuren im zwei Jahrzehnte alten Blut des Space Shuttles finden würden Astronauten, die eingelagert wurden“, sagte der biomedizinische Wissenschaftler Matt Coleman vom LLNL von der Abteilung für Biologie und Biotechnologie des Labors.

„Das ist eine erstaunliche Überraschung, dass wir so viele Informationen über die RNA im Exosom, die verschiedenen Arten von RNA, die in den Exosomen eingeschlossen sind, und Informationen über die Gene und biologischen Prozesse, die sie regulieren, erhalten“, sagte Coleman.

Exosomen sind kleine extrazelluläre Lipid-Protein-Kugeln, die andere Moleküle in sich tragen und es Zellen und Geweben ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Lange nicht-codierende RNA (lncRNA), die Zellmechanismen steuert und anschaltet, kann neben anderen RNA-Typen in Exosomen gefunden werden.

Neben Forschern des LLNL gehörten dem Team Wissenschaftler der Icahn School of Medicine at Mount Sinai (New York), der University of Virginia School of Medicine, der University of California, San Diego, dem Wexner Medical Center der Ohio State University und The Institute an für Molekularbiologie in Eriwan, Armenien.

„Der Weltraum veränderte die RNA in den Exosomen der Astronauten, die ins All gingen“, sagte Coleman. „Sie hatten Signaturen, dass sie Astronauten waren; sie waren in einer Umgebung mit reduzierter Schwerkraft und waren Dosen von Weltraumstrahlung ausgesetzt.“

In ihrer Studie fanden die Forscher 27 verschiedene exprimierte lncRNAs oder Biomarker für die Raumfahrt, die sich zwischen dem Flug vor und nach dem Flug veränderten.

„Irgendetwas an der Raumfahrt hat die Menge an RNA im Blut der Astronauten verändert“, sagte Coleman. „Sie befanden sich in Schlüsselwegen, die die Transkription, die Signalübertragung von Zelle zu Zelle und die interzelluläre Signalübertragung regulieren.

„Wenn wir vor und nach der Raumfahrt vergleichen, sehen wir eine Veränderung in der Menge an lncRNA – entweder mehr oder weniger – und diese Veränderungen wirken sich direkt auf die Gene aus, die bei wichtigen Zellfunktionen im Zusammenhang mit Neurodegeneration, allgemeiner Gesundheit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen ein- oder ausgeschaltet werden Erkrankung.“

Das Wissenschaftlerteam analysierte RNA, die aus Exosomen-Blutproben isoliert wurde, die zwischen 1998 und 2001 von 18 Space-Shuttle-Astronauten stammten, darunter drei, deren Proben extrem robust waren.

Blutproben wurden 10 Tage genommen, bevor die Astronauten ins All gingen, und drei Tage, nachdem sie aus der erdnahen Umlaufbahn zurückgekehrt waren, wurden weitere Blutproben genommen.

„Da die lncRNA eine große Anzahl von Genen modulieren kann, würde uns das Verständnis dieser Gene und der Signalwege, mit denen sie in Verbindung stehen – wie allgemeine Gesundheit oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen – ermöglichen, zu identifizieren, wer bestimmte Medikamente erhalten, seine Ernährung ändern oder mehr bekommen muss Übung, um negative Auswirkungen der Raumfahrt abzuwehren“, sagte Coleman.

„Diese Art von Studien versucht, die Wissenslücken zu schließen, um zunächst die Auswirkungen des Arbeitens und Reisens im erdnahen Orbit und dann des Weltraums auf den menschlichen Körper zu verstehen.“

Nahezu alle bisherigen Studien konzentrierten sich auf die Auswirkungen des Weltraums auf Astronauten im erdnahen Orbit, wie z. B. Shuttle-Astronauten, die an Bord der Internationalen Raumstation arbeiten.

„Während wir zum Mond und zum Mars reisen, wird sich die Weltraumumgebung dramatisch verändern. Es wird eine stärkere Exposition gegenüber ionisierender Strahlung geben und Astronauten werden für längere Zeit im Weltraum sein, mit längeren Einschließungszeiten und ausgedehnten Problemen mit der Schwerkraft. “, sagte Colemann.

Die LLNL-Fähigkeiten, die die Studie des Teams unterstützten, umfassten 30 Jahre Erfahrung in Genomik, DNA-Reparatur und Erforschung der Auswirkungen ionisierender Strahlung durch Sequenzierung für das Human Genome Project.

Neben Coleman gehörten zwei weitere LLNL-Forscher – die biomedizinische Wissenschaftlerin Aimy Sebastian und die Doktorandin Angela Evans – zum Team. Die Studie wurde von David Goukassian vom Cardiovascular Research Center der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City geleitet.

Während sich die aktuelle Studie des Teams auf lncRNA konzentriert, erwarten die Wissenschaftler, in den nächsten drei bis sechs Monaten drei weitere Artikel über andere Arten von RNA zu veröffentlichen, die in Exosomen identifiziert wurden, die ebenfalls eine Rolle bei Gesundheit und Krankheiten spielen und weitere Informationen über die damit verbundenen Risiken liefern könnten mit Raumfahrt.