Nur etwa 600 Menschen sind jemals in den Weltraum gereist. Die überwiegende Mehrheit der Astronauten In den letzten sechzig Jahren handelte es sich um Männer mittleren Alters auf Kurzzeitmissionen von weniger als zwanzig Tagen.
Heute sind wir Zeugen einer neuen Ära der bemannten Raumfahrt, da immer mehr private, kommerzielle und multinationale Raumfahrtanbieter und -flieger auf den Markt kommen. Die Missionen dauerten von Minuten, Stunden und Tagen bis hin zu Monaten.
Da die Menschheit im kommenden Jahrzehnt auf eine Rückkehr zum Mond hofft, werden die Weltraummissionen deutlich länger dauern und es werden viel mehr Raumfahrer und sogar Weltraumtouristen dabei sein. Das bedeutet auch, dass eine größere Vielfalt von Menschen die extremen Bedingungen des Weltraums erleben wird – mehr Frauen und Menschen unterschiedlicher Ethnien, Alters und Gesundheitszustands.
Da Menschen unterschiedlich auf die einzigartigen Stressfaktoren und Belastungen im Weltraum reagieren, versuchen Weltraumgesundheitsforscher wie ich, die Auswirkungen der Raumfahrt auf die menschliche Gesundheit besser zu verstehen. Mit solchen Informationen können wir herausfinden, wie wir Astronauten dabei helfen können, sowohl im Weltraum als auch nach ihrer Rückkehr zur Erde gesund zu bleiben.
Im Rahmen des historische NASA-Zwillingsstudieim Jahr 2019 veröffentlichten meine Kollegen und ich bahnbrechende Forschungsergebnisse darüber, wie sich ein Jahr an Bord der Internationalen Raumstation auf den menschlichen Körper auswirkt.
Ich bin ein Strahlenkrebsbiologe in der Abteilung für Umwelt- und Strahlengesundheitswissenschaften der Colorado State University. Ich habe die letzten Jahre damit verbracht, diese frühere Forschung in einer Reihe von kürzlich erschienenen Artikeln weiter auszubauen im gesamten Nature-Journalportfolio veröffentlicht.
Diese Papiere sind Teil der Manuskriptpaket „Space Omics and Medical Atlas“Daten, Protokolle und Repositorien, die die größte Sammlung darstellen, die jemals für Luft- und Raumfahrtmedizin und Weltraumbiologie zusammengestellt wurde. Über 100 Institutionen aus 25 Ländern haben zur koordinierten Veröffentlichung einer breiten Palette von Raumfahrtdaten beigetragen.
Die NASA-Zwillingsstudie
Die NASA Zwillingsstudie eine einmalige Forschungsmöglichkeit ergriffen.
Die NASA wählte den Astronauten Scott Kelly für die erste einjährige Mission der Agentur aus, während der er von 2015 bis 2016 ein Jahr an Bord der Internationalen Raumstation verbrachte. Im gleichen Zeitraum blieb sein eineiiger Zwillingsbruder Mark Kelly, ein ehemaliger Astronaut und derzeitiger US-Senator für Arizona, auf der Erde.
Mein Team und ich untersuchten Blutproben, die wir vor, während und nach dem Weltraumflug von unserem Zwilling und seinem genetisch identischen Zwilling auf der Erde gesammelt hatten. Wir fanden heraus, dass Scotts Telomere – die Schutzkappen an den Enden der Chromosomen, die ähnlich wie die Plastikspitze einen Schnürsenkel vor dem Ausfransen schützt – während seines einjährigen Weltraumaufenthalts völlig unerwartet länger wurden.
Als Scott zur Erde zurückkehrte, verkürzten sich seine Telomere jedoch rasch. In den folgenden Monaten erholten sich seine Telomere, waren aber nach seiner Reise immer noch kürzer als vor seinem Flug ins All.
Wenn Sie älter werden, verkürzen sich Ihre Telomere aufgrund verschiedener Faktoren, einschließlich Stress. Die Länge Ihrer Telomere kann dienen als biologischer Indikator Ihres Risikos, altersbedingte Krankheiten wie Demenz, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs zu entwickeln.
In einer separaten Studieuntersuchte mein Team eine Gruppe von 10 Astronauten auf sechsmonatigen Missionen an Bord der Internationalen Raumstation. Wir hatten auch eine Kontrollgruppe mit Teilnehmern gleichen Alters und Geschlechts, die auf der Erde blieben.
Wir haben die Länge der Telomere vor, während und nach dem Raumflug gemessen und wieder festgestellt, dass die Telomere während des Raumflugs länger waren und sich nach der Rückkehr zur Erde verkürzten. Insgesamt hatten die Astronauten nach dem Raumflug viel mehr kurze Telomere als vorher.
Einer der anderen Forscher der Zwillingsstudie, Christopher Masonund ich führte eine weitere Telomerstudie durch– dieses Mal mit zwei Höhenbergsteigern – in einer ähnlich extremen Umgebung wie auf der Erde.
Wir fanden heraus, dass die Telomere der Bergsteiger beim Besteigen des Mount Everest länger waren und nach dem Abstieg wieder kürzer wurden. Bei ihren Zwillingen, die in geringer Höhe blieben, kam es nicht zu den gleichen Veränderungen der Telomerlänge. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es nicht die Mikrogravitation der Raumstation war, die zu den von uns bei den Astronauten beobachteten Veränderungen der Telomerlänge führte – andere Ursachen, wie etwa eine erhöhte Strahlenbelastung, sind wahrscheinlicher.
Zivilisten im Weltraum
In unserer neuesten StudieWir haben die Telomere der Besatzung an Bord der SpaceX-Mission Inspiration4 2021 untersucht. Diese Mission hatte die erste rein zivile Besatzung, deren Alter vier Jahrzehnte umfasste. Die Telomere aller Besatzungsmitglieder wurden während der Mission länger, und drei der vier Astronauten zeigten nach ihrer Rückkehr auf die Erde ebenfalls eine Verkürzung der Telomere.
Besonders interessant an diesen Erkenntnissen ist, dass die Inspiration4-Mission nur drei Tage dauerte. Wissenschaftler verfügen nun also nicht nur über konsistente und reproduzierbare Daten zur Reaktion der Telomere auf Raumflüge, sondern wir wissen auch, dass dies schnell geschieht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass selbst kurze Reisen, wie ein Wochenendausflug ins All, mit Veränderungen der Telomerlänge verbunden sind.
Die gesundheitlichen Auswirkungen solcher Veränderungen der Telomerlänge sind den Wissenschaftlern noch immer nicht völlig klar. Wir müssen noch mehr Forschung betreiben, um herauszufinden, wie sich sowohl lange als auch kurze Telomere auf die langfristige Gesundheit eines Astronauten auswirken könnten.
Telomere RNA
In einem anderen Artikelhaben wir gezeigt, dass die Crew von Inspiration4 – sowie Scott Kelly und die Höhenbergsteiger – erhöhte Werte an telomerischer RNA, genannt TERRA, aufwiesen.
Telomere bestehen aus zahlreichen sich wiederholenden DNA-Sequenzen. Diese werden in TERRA transkribiert, das zur Struktur der Telomere beiträgt und ihnen hilft, ihre Aufgabe zu erfüllen.
Zusammen mit Laborstudien zeigen diese Ergebnisse, dass Telomere während der Raumfahrt beschädigt werden. Obwohl es noch viel gibt, was wir nicht wissen, wissen wir, dass Telomere besonders empfindlich sind gegenüber oxidativen Stress. Der chronische oxidative Schaden, den Astronauten erleiden, wenn sie rund um die Uhr der Weltraumstrahlung ausgesetzt sind, trägt wahrscheinlich zu den von uns beobachteten Telomerreaktionen bei.
Wir schrieben auch eine Übersichtsartikel mit einer futuristischeren Perspektive wie ein besseres Verständnis von Telomeren und Alterungsprozessen dazu beitragen könnte, dass Menschen nicht nur lange Reisen im All überleben, sondern auch gedeihen und sogar andere Planeten besiedeln können. Dazu müssten sich Menschen im All fortpflanzen und zukünftige Generationen im All aufwachsen. Wir wissen noch nicht, ob das überhaupt möglich ist.
Pflanzentelomere im Weltraum
Meine Kollegen und ich haben auch andere Arbeiten zum Space Omics and Medical Atlas-Paket beigetragen, darunter ein Artikel veröffentlicht in Naturkommunikation. Das Studienteam unter der Leitung des Biologen der Texas A&M Dorothy Shippen und Biologe an der Ohio University Sarah Wyattstellten fest, dass Pflanzen im Weltraum während ihrer Zeit an Bord der Internationalen Raumstation im Gegensatz zu Menschen keine längeren Telomere hatten.
Die Anlagen steigerten jedoch ihre Produktion von Telomerasedas Enzym, das hilft, die Länge der Telomere aufrechtzuerhalten.
Wie jeder, der gesehen hat „Der Marsianer“ weiß, dass Pflanzen für das langfristige Überleben des Menschen im Weltraum eine wesentliche Rolle spielen werden. Diese Erkenntnis lässt darauf schließen, dass Pflanzen vielleicht von Natur aus besser dafür geeignet sind, den Stressfaktoren des Weltraums standzuhalten als Menschen.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die originaler Artikel.