Žmogaus genomas kosmose

Teksto autorė Karolina Žukaitė.

Ar žmogaus kūnas sutvertas gyventi tarp žvaigždžių? Žiūrėdami mokslinės fantastikos filmus, kuriuose pagrindiniai veikėjai keliauja po galaktikas, retai susimąstome: kaip tokios kelionės iš tikrųjų galėtų mus paveikti? Kol svajojame apie galimybę nukeliauti į Marsą, genetikai ir kosmoso biologai bando išsiaiškinti – ar Žemėje išsivystę organizmai išvis gali ištverti už planetos ribų?
Siekis atsakyti į šį klausimą prasidėjo dar praėjusio amžiaus viduryje, kai tobulėjant erdvėlaiviams, galintiems iškelti gyvybę į orbitą, buvo pakloti eksperimentinės kosminės biologijos pamatai. Pirminių bandymų tikslas buvo išsiaiškinti, ar Žemės organizmai sugeba išgyventi ir funkcionuoti tokiomis ekstremaliomis sąlygomis, kurios yra būdingos kosmose (nesvarumas, kosminė spinduliuotė ir kiti veiksniai). Pirmieji palydovų skrydžiai įrodė, kad erdvėlaiviuose sėkmingai kelias dienas gali išgyventi tiek vienaląsčiai mikroorganizmai, tiek žinduoliai – būtent šie istoriniai biologiniai rezultatai leido priimti sprendimą į kosmosą pagaliau nuskraidinti ir žmogų.
Tačiau viena yra trumpam pakilti į orbitą, ir visiškai kita – ten praleisti ilgus mėnesius. Kosminė erdvė mūsų kūnui išlieka svetima bei pavojinga aplinka, kurioje nematoma radiacija ir mikrogravitacija ilgainiui ima griauti įprastus gyvybinius procesus. Norint suprasti tikrąjį šio ilgalaikio poveikio mastą žmogui, papildomi tyrimai tapo būtinybe.

NASA dvynių eksperimentas
Kalbant apie kosmoso poveikį žmogaus organizmui, verta paminėti garsųjį NASA dvynių eksperimentą. Astronautas Scottas Kelly orbitoje praleido 340 dienų, o jo brolis Markas (taip pat astronautas) liko Žemėje. Kadangi identiški dvyniai išsivysto iš tos pačios kiaušialąstės ir dalijasi ta pačia genetine medžiaga, jų tyrimai yra unikalus būdas tiksliai palyginti aplinkos veiksnių įtaką žmogaus organizmui. Sugrįžus Scottui paaiškėjo, kad kosminė aplinka tiesiogiai paveikė jo genų raišką. Didžioji dalis šių pokyčių atsistatė vos grįžus į Žemę, tačiau maždaug 7 % genų raiška išliko pakitusi net ir po šešių mėnesių. Šie atradimai atskleidė ląstelių reakciją į DNR pažaidas, telomerų reguliavimą, kaulų formavimąsi bei imuninės sistemos patiriamą stresą, įrodydami, kaip neįtikėtinai žmogaus kūnas sugeba prisitaikyti prie ekstremalių kosmoso sąlygų. Vienas iš įdomiausių pastebėjimų buvo tai, kad kosmose astronautų telomeros – chromosomų galai, atsakingi už biologinį amžių – laikinai pailgėja. Tai reiškia, kad ląstelių lygmeniu jie tarsi „jaunėja“, tačiau sugrįžus į Žemę šis procesas greitai „apsisuka“ atgal.

Trys kosmoso raiteliai: radiacija, nesvarumas ir stresas
Kas iš tiesų vyksta su mūsų ląstelėmis, kai paliekame saugią Žemės erdvę? Mokslininkai išskiria tris pagrindinius veiksnius. Pirmasis jų yra jonizuojanti spinduliuotė. Kosminiai spinduliai tiesiogiai pažeidžia DNR grandines. Žemėje per metus gauname apie 3 milizivertus (mSv) radiacijos, o Tarptautinėje kosminėje stotyje – tiek pat vos per kelias dienas. Kelionėje į Marsą ši dozė išaugtų šimtus kartų. Kita problema – mikrogravitacija. Nesvarumo būsenoje kūnas supranta, kad jam nebereikia kovoti su trauka. Raumenys ima nykti, kaulų tankis mažėja (prarandama iki 1,5% kaulų masės per mėnesį), o skysčiai persiskirsto į viršutinę kūno dalį, keisdami spaudimą smegenyse ir net silpnindami regėjimą. Ir pagaliau – chroniškas stresas. Izoliacija, sutrikęs miego ritmas ir nuolatinė įtampa aktyvuoja streso hormonus, kurie slopina imuninę sistemą ir sukelia ląstelių uždegiminius procesus.

Lietuvių ir pasaulio mokslininkų darbai
Norint suprasti, kaip ekstremali jonizuojanti spinduliuotė veikia žmogaus genomą ilgalaikėje perspektyvoje, neįkainojamų duomenų suteikia ir Lietuvoje atlikti tyrimai. Vilniaus universiteto mokslininkai, išnagrinėję Čornobylio katastrofos likviduotojų genomus, nustatė unikalių genų variacijų, susijusių su organizmo atsaku į stiprią apšvitą. Tyrimas atskleidė, kaip ekstremaliomis sąlygomis aktyvuojami tam tikri ląstelių mechanizmai – konkretūs genai, atsakingi už DNR pažaidų taisymą (reparaciją) ir ląstelės ciklo reguliavimą. Tokie atradimai padeda tyrėjams geriau suprasti individualų žmonių genetinį atsparumą jonizuojančiai spinduliuotei ir prognozuoti, kaip būsimų astronautų kūnai reaguos į kenksmingus kosminius spindulius. Šiais laikais mokslininkai jau sugeba sukurti miniatiūrinius „organus ant lusto“ (angl. organs-on-a-chip). Gyvas žmogaus ląstelių struktūras, kurios siunčiamos į kosmosą tyrinėti audinių degradacijos realiu laiku. Prie tokio tipo kosmoso tyrimų vis aktyviau prisideda ir Lietuvos mokslininkai. Mūsų šalies biotechnologai bei genetikai, bendradarbiaudami su Europos kosmoso agentūra tiria, kaip žemiški augalai, mikroorganizmai ir net žmogaus ląstelės reaguoja į imituojamą mikrogravitaciją bei stresą. Lietuvoje kuriami inovatyvūs sprendimai – nuo biologinių jutiklių iki medžiagų, galinčių apsaugoti nuo radiacijos sukelto oksidacinio streso – atveria duris saugesnėms ateities misijoms.

Kur gali būti pritaikytos kosminės biologijos žinios?
Suprasdami, kaip kosminė radiacija pažeidžia DNR ir kaip ląstelės bando ją taisyti, mokslininkai gali kurti naujus būdus apsaugoti onkologinius ligonius radioterapijos metu. Kosmose kaulai ir raumenys sensta „pagreitintu režimu“. Tyrimai Tarptautinėje kosmoso stotyje taip pat padeda kurti vaistus nuo osteoporozės (kaulų trapumo) ir raumenų atrofijos senyvo amžiaus žmonėms.
Plačiau apie tai sužinosite rugsėjo 11 d. 13 val., apsilankę paskaitoje „Žmogaus genomas kosmose: kaip keičiasi mūsų biologija už Žemės ribų?“, kuri įvyks Vilniaus universiteto ligoninės Santaros klinikos (Akušerijos ir chirurgijos korpusas) Medicininės genetikos centre, F135A auditorijoje (Santariškių g. 2, Vilnius). Renginys nemokamas, bet būtina registruotis adresu mokslofestivalis.eu