«Темный геном»: названо неоднозначное воздействие полета в Космос на клетки человека

Исследователи рассказали об активизации «темного генома» при полете в космос

Согласно новому исследованию, во время космических полетов некоторые стволовые клетки человека стареют быстрее, что углубляет понимание учеными потенциального воздействия освоения космоса на организм человека. Стволовые клетки находятся по всему организму, и они могут размножаться сами по себе или превращаться в другие специализированные клетки, включая клетки крови, мозга или костей, для поддержания и восстановления.

тестовый баннер под заглавное изображение

“В космосе функции стволовых клеток снижаются, — говорит ведущий автор исследования Катриона Джеймисон, директор Сэнфордского института стволовых клеток и профессор медицины в медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. – Они на самом деле снижают свою способность к самообновлению или регенерации, и это важно знать при длительных космических полетах”.

Исследование, которое частично финансировало НАСА, было проведено в ходе четырех миссий по пополнению запасов на Международной космической станции, которые SpaceX осуществляла с конца 2021 по начало 2023 года. Результаты исследования опубликованы в четверг в журнале Cell Stem Cell.

“Это первое исследование, в котором рассматривается поведение стволовых клеток в космосе, на низкой околоземной орбите, в режиме реального времени, — добавляет Джеймисон, отметив, что такого рода исследования могут оказать непосредственное влияние на управление здоровьем астронавтов, готовящихся к полету в космос. – Важно изучить здоровье стволовых клеток и посмотреть, кто, скорее всего, сможет выдержать суровые условия космоса — это стресс поднимается, это стресс спускается и это стресс находится там, наверху”.

В 2010 году НАСА провело один из первых экспериментов по изучению влияния космического полета на стволовые клетки с помощью космического шаттла Discovery. Эксперимент, получивший название «Эксперимент по регенерации стволовых клеток», был посвящен изучению того, как микрогравитация влияет на способность эмбриональных стволовых клеток мышей производить другие типы клеток.

В новом исследовании ученые изучили стволовые клетки костного мозга, пожертвованные пациентами, перенесшими операцию по замене тазобедренного сустава. Стволовые клетки, которые напрямую связаны со здоровьем иммунной системы и крови, были помещены на стерильную губчатую матрицу, помещенную в специально разработанные биореакторы размером с сотовый телефон. На борту Международной космической станции клетки постоянно контролировались системой искусственного интеллекта, которая могла определять их состояние в режиме реального времени, отмечает CNN.

“Наши стволовые клетки должны находиться в спящем состоянии (бездействовать) 80% времени, чтобы полностью сохранить свою функцию”, — отмечает Джеймисон. Однако в космосе это было не так, где микрогравитация и космическая радиация оказывали влияние на их самочувствие.

“Стволовые клетки проснулись, но больше не погрузились в сон и стали функционально истощенными, — добавила исследователь. – Если наши стволовые клетки истощатся в условиях стресса, таких как микрогравитация, то они не смогут функционировать должным образом для создания иммунной системы”.

Некоторые клетки, участвовавшие в исследовании, выдерживали до 45 дней космического полета, и поскольку они были более активны, чем обычно, они израсходовали свои энергетические запасы и проявили признаки ускоренного старения. Их способность генерировать новые клетки также была снижена, и, по словам Джеймисон, они начали активировать обычно скрытые участки ДНК, называемые повторяющимися элементами или “темным геномом”.

“В условиях стресса, по-настоящему сильного стресса, мы активируем эти повторяющиеся элементы, — комментирует Джеймисон. – Это ретровирусы, которые вторглись в наши геномы тысячи и тысячи лет назад и составляют 55% нашей ДНК. Они запускают стволовые клетки в смертельную спираль. Клетки просто испытывают чрезмерный стресс. У них кризис. Они слишком быстро стареют.”

Это похоже на стресс стволовых клеток, который Джеймисон, будучи врачом, наблюдает в клетках пациентов с предлейкемическими расстройствами. Она пытается остановить развитие этих клеток до того, как они превратятся в полномасштабную лейкемию, разновидность рака крови.

Джеймисон, ветеран космических исследований стволовых клеток, который к настоящему времени участвовал в девяти миссиях, планирует будущие исследования, в которых будут рассмотрены практические меры противодействия процессу старения.

“Мы действительно можем использовать эти биореакторы, или аватары для здоровья стволовых клеток, чтобы предсказать, у кого из них, скорее всего, будут хорошие результаты, а у кого — крайне плохие в космосе – и разработать контрмеры”, — добавила она, отметив предстоящие клинические испытания потенциальных лекарств для противодействия последствиям этой темной активности генома.

Хорошей новостью является то, что стволовые клетки могут восстановиться после ускоренного старения, как только астронавт вернется на Землю, согласно предварительным результатам отдельного предстоящего исследования, хотя восстановление занимает около года, подчеркивает CNN.

Это исследование также может оказать благотворное влияние на больных раком, поскольку их стволовые клетки проявляют те же повреждения, связанные со стрессом, которые новое исследование выявило у стволовых клеток, находящихся в космосе. “Я думаю, что для нас это важный инструмент для ускорения темпов исследований рака”, — отмечает Джеймисон.

Для астронавтов эти результаты означают, что длительные полеты могут ослабить кровеносную и иммунную системы, потенциально повышая риски для здоровья, комментирует Арун Шарма, биолог по стволовым клеткам и доцент кафедры биомедицинских наук в медицинском центре Седарс-Синай в Калифорнии. Шарма, который не принимал участия в исследовании, согласился с Джеймисон в том, что полученные результаты могут помочь ученым понять процесс старения и разработать новые методы лечения, которые замедлят или обратят его вспять.

По словам Луиса Вилья-Диаса, доцента кафедры биологических наук и биоинженерии Оклендского университета в Мичигане, это исследование предоставляет убедительные доказательства потенциального воздействия радиации и микрогравитации на стволовые клетки, подчеркивая возможные риски для здоровья, связанные с дальними космическими экспедициями. Вилья-Диас также не принимал участия в исследовании.

“Хорошей новостью является то, что знание потенциальных негативных последствий, которые низкая околоземная орбита оказывает на старение и функционирование стволовых клеток, дает нам направление для решения этих проблем и разработки стратегий предотвращения или противодействия этим последствиям, а также поддержки будущих космических исследований”, — добавил он. “Это часто приводит к биомедицинским достижениям, которые могут быть применены к пациентам на Земле”.