2019-04-12 05:50:02
宇航员与地球双胞胎兄弟没有任何挥之不去的主要表观遗传差异

在一项具有里程碑意义的研究中,来自约翰霍普金斯大学,斯坦福大学和其他机构的一组美国科学家发现宇航员斯科特凯利的表观基因组之间没有长期的重大差异,他在国际空间站的太空中度过了一年,而他的孪生兄弟马克,留在地球上。

科学家们说,这项研究告诉我们关于人类基因组太空旅行的危险并不清楚,但对太空中其他宇航员的研究最终可以帮助科学家预测他们在人们经历的长途旅行中可能面临的医疗风险类型重力低于地球,接触有害紫外线和其他健康风险。

“这是人类基因组学在太空中的曙光,”约翰霍普金斯大学彭博医学,生物医学工程和心理健康杰出教授安德鲁费恩伯格说。 “我们开发了进行这些类型的人类基因组研究的方法,我们应该做更多的研究来得出人类在太空中会发生什么的结论。”

表观遗传变化涉及化学“调整”DNA,可以影响基因活动,但这些变化不会影响基础遗传密码本身。这些变化会影响基因的蛋白质编码指令的读取或表达时间和方式。当表观遗传变化发生在错误的时间或地点时,该过程也可以在错误的时间和地点打开或关闭基因。

科学家长期以来一直在监测和研究太空旅行对宇航员的生理影响。然而,这些宇航员大多数是在六个月或更短时间的航天飞行任务中旅行,而不是前往火星或其他地方所需的更长任务。需要更多的研究来了解长航天飞行任务对人体的影响,这些任务更多地暴露于辐射,限制饮食,减少运动,降低重力和中断睡眠周期。

Feinberg指出,研究同卵双胞胎 - 天生就具有相同的遗传物质 - 是一个重要而难得的机会,可以比较一个双胞胎进入太空而另一个留在地球上时的生理和基因组变化。 “但是,由于我们的研究中只有两个人,我们不能说这些变化是由太空旅行本身引起的,”费因伯格说。 “我们需要更多的宇航员研究来得出这样的结论。”

对于4月12日出版的“科学”杂志所描述的这项研究,科学家们在斯科特一年的太空任务之前,期间和之后的27个月的不同时间点收集了斯科特和马克凯利的血液样本,生理数据和认知测量结果。飞行期间斯科特的样本是在地球上的货物抵达联盟号火箭时收集在空间站上的,同一天,它在火箭上运回地球,以便样本可在48小时内处理完毕。

Feinberg和前博士后学生Lindsay Rizzardi,现在是HudsonAlpha生物技术研究所的资深科学家,专注于Scott和Mark的基因组的表观遗传变化。

具体而言,Feinberg和他的团队检查了从Mark和Scott的血液中分离出的两种白细胞(CD4 +和CD8 +)。他们专注于表观遗传标记,这些标记由称为甲基的化学修饰组成,在称为甲基化的过程中添加到DNA上。

总的来说,他们发现地球马克的DNA中发生的表观遗传变化与他的太空飞行双胞胎一样多。在任务期间,双胞胎之间的总甲基化差异小于5%。最大的差异发生在任务的九个月,当时斯科特的DNA被甲基化了79%,而马克的这一比例为83%。

对于每个双胞胎,基因组中甲基化变化的位置是不同的。例如,科学家们发现斯科特在太空时期的免疫系统反应中涉及基因的甲基化变化,而不是马克。这与参与当前研究的其他研究人员的数据相关,他们发现某些与斯科特炎症相关的生化指标增加但不是马克。

Rizzardi说:“看到马克或斯科特的表观基因组没有大规模破坏,这令人鼓舞。” “然而,在研究中只有两个人,我们可以得出关于太空旅行对基因组的影响的结论。但是这些发现为我们在未来宇航员研究中应该更密切地研究的内容提供了线索。 “

在目前的研究中,斯科特的生物样本立即被运回地球,但是在未来,宇航员可能需要在航天器上处理和存储样本。 Feinberg,Rizzardi和NASA科学家Brian Crucian制定了在微重力下进行复杂实验的详细说明。 Feinberg和Rizzardi在着名的“Vomit Comet”(一架模拟失重的飞机)上旅行了一个星期,以测试他们的协议,以克服在空间站上收集,净化和储存血液样本的挑战。

在斯坦福大学,科罗拉多州立大学,康奈尔大学等科学家领导的研究中,一些值得注意的结果包括斯科特在飞行中延长端粒,即染色体上的保护性端盖。如先前报道,当斯科特返回地球时,端粒延长恢复正常。

此外,超过90%的在斯科特航班期间改变活动水平的基因在飞行后六个月恢复正常。然而,费因伯格指出,这些变化并不仅仅表明太空飞行,也不与正常情况有所不同。

科学家还发现,斯科特眼球的形状在飞行过程中发生了变化,包括视网膜神经较厚,眼球周围的脉络膜层折叠。 Feinberg说,这些变化通常会影响视力,而其他男性宇航员却不是女性。科学家还观察到斯科特在飞行过程中的认知变化和压力水平增加,这可能不仅仅归因于太空飞行。

费恩伯格说,这项研究为在长期任务中预测宇航员的基因相关和生理功能奠定了基础:“如果我们知道会发生什么,我们可以预见宇航员可能遇到的健康问题,并确保药物和其他补救措施是在执行任务期间。“

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