Každodenní život na palubě Mezinárodní vesmírné stanice plyne rychle. Opravdu rychle. Při cestování rychlostí přibližně 17 000 mil za hodinu, 300 mil nad Zemí, sledují astronauti každý „den“ 16 východů a západů slunce, zatímco se vznášejí v krabici s hrstkou lidí, na kterých závisí jejich přežití.

Pro futuristické vize života mimo Zemi se nemusíme dívat dál než na hollywoodské trháky jako „Marťan“, „Gravitace“ a „Interstellar“, protože se vydáváme stále hlouběji do vesmíru. Jak ale reaguje lidské tělo na skutečné lety do vesmíru – jaké jsou jejich zdravotní účinky? Budou vesmírní cestovatelé stárnout jinak než my na Zemi? Jak moc jsme přizpůsobiví vesmírnému prostředí?

To jsou jistě obavy NASA. Jak může cestování vesmírem a dlouhodobé mise změnit lidský organismus a zda jsou tyto změny trvalé nebo vratné po návratu astronautů na Zemi, je z velké části neznámé. Příležitost prozkoumat tyto zajímavé otázky se naskytla v případě jednovaječných dvojčat astronautů Scotta a Marka Kellyových.

V listopadu 2012 vybrala NASA astronauta Scotta Kellyho pro svou první roční misi. Na tiskové konferenci nedlouho poté to byl právě Scott, kdo naznačil, že by tato mise mohla poskytnout příležitost porovnat dopad života ve vesmíru na jeho tělo s jeho pozemským jednovaječným dvojčetem Markem Kellym, který byl rovněž astronautem a bývalým zkušebním pilotem námořnictva. Je pozoruhodné, že Kellyho dvojčata měla podobnou „povahu (genetiku) i výchovu (prostředí)“, a tak vznikl dokonalý vesmírný experiment, jehož hvězdami byli „vesmírné dvojče a pozemské dvojče“. Scott měl strávit rok ve vesmíru na palubě Mezinárodní vesmírné stanice, zatímco jeho jednovaječné dvojče Mark měl zůstat na Zemi.

Studie NASA TWINS představuje nejkomplexnější pohled na reakci lidského těla na kosmický let, jaký byl kdy proveden. Výsledky budou vodítkem pro budoucí studie a personalizované přístupy k hodnocení zdravotních účinků jednotlivých astronautů v příštích letech.

Jako biolog zabývající se rakovinou na Coloradské státní univerzitě studuji vliv expozice záření na lidské buňky. V rámci studie TWINS mě zajímalo zejména hodnocení toho, jak se v důsledku ročního pobytu ve vesmíru změnily konce chromozomů, tzv. telomery.

Rozdělujeme zdravotní účinky života ve vesmíru

NASA vyhlásila výzvu a vybrala 10 recenzovaných výzkumů z celé země pro studii TWINS. Studie zahrnovaly molekulární, fyziologická a behaviorální měření a vůbec poprvé u astronautů také studie založené na „omice“. Některé týmy hodnotily vliv vesmíru na genom – celý soubor DNA v buňce (genomika). Jiné týmy zkoumaly, které geny se zapínají a produkují molekulu zvanou mRNA (transkriptomika). Některé studie se zaměřily na to, jak chemické modifikace – které nemění kód DNA – ovlivnily regulaci genů (epigenomika). Někteří výzkumníci zkoumali proteiny produkované v buňkách (proteomika), zatímco jiní zkoumali produkty metabolismu (metabolomika).

Probíhaly také studie zkoumající, jak může vesmírné prostředí změnit mikrobiom – soubor bakterií, virů a hub, které žijí v našem těle a na něm. Jeden výzkum zkoumal imunitní reakci na vakcínu proti chřipce. Jiné týmy hledaly ve Scottových biologických vzorcích biomarkery aterosklerózy a vzestupné změny tekutin v těle způsobené mikrogravitací, které mohou ovlivnit vidění a způsobit bolesti hlavy. Hodnotila se také kognitivní výkonnost pomocí počítačem řízených kognitivních testů speciálně navržených pro astronauty.

Více než 300 biologických vzorků – stolice, moč a krev – bylo dvojčatům odebráno v několika obdobích před, během a po roční misi.

Dvojčata Kellyova jsou bezpochyby jednou z nejprofláknutějších dvojic – na naší planetě i mimo ni. Jsou také jedním z nejčastěji poskytovaných rozhovorů. Jednou z často kladených otázek je, zda se Scott vrátí z vesmíru mladší než Mark – situace připomíná film „Interstellar“ nebo Einsteinův takzvaný „paradox dvojčat“. Protože se však ISS vůči nám nepohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla, je dilatace času – neboli zpomalení času v důsledku pohybu – velmi minimální. Takže případný věkový rozdíl mezi bratry by činil jen několik milisekund.

Přesto je otázka stárnutí souvisejícího s kosmickým letem a s ním spojeného rizika vzniku nemocí souvisejících s věkem, jako je demence, kardiovaskulární onemocnění a rakovina – během mise nebo po ní – důležitá a my jsme se jí chtěli přímo zabývat naším výzkumem délky telomer.

Telomery jsou konce chromozomů, které je chrání před poškozením a „roztřepením“ – podobně jako konec šňůrky od bot. Telomery mají zásadní význam pro udržení stability chromozomů a genomu. Telomery se však přirozeně zkracují s tím, jak se naše buňky dělí, a také s tím, jak stárneme. Rychlost, s jakou se telomery v průběhu času zkracují, je ovlivněna mnoha faktory, včetně oxidačního stresu a zánětu, výživy, fyzické aktivity, psychického stresu a vlivu prostředí, jako je znečištěné ovzduší, UV záření a ionizující záření. Délka telomer tedy odráží genetiku, zkušenosti a expozice jedince, a je tak informativním ukazatelem celkového zdraví a stárnutí.

Telomery a stárnutí

Naše studie předpokládá, že jedinečné stresy a expozice mimo tento svět, kterým jsou astronauti vystaveni během kosmického letu – například izolace, mikrogravitace, vysoké hladiny oxidu uhličitého a galaktické kosmické záření – urychlují zkracování telomer a stárnutí. Abychom to ověřili, hodnotili jsme délku telomer ve vzorcích krve získaných od obou dvojčat před roční misí, během ní a po ní.

Scott a Mark začali studii s relativně podobnou délkou telomer, což odpovídá silné genetické složce. Také podle očekávání byla délka Markových telomer na Zemi v průběhu studie relativně stabilní. K našemu překvapení však byly Scottovy telomery výrazně delší v každém časovém bodě a v každém vzorku testovaném během vesmírného letu. To byl přesný opak toho, co jsme očekávali.

Po Scottově návratu na Zemi se navíc délka telomer rychle zkrátila a během následujících měsíců se stabilizovala na hodnotu blízkou průměrným hodnotám před letem. Z hlediska stárnutí a rizika onemocnění měl však po vesmírném letu mnohem více krátkých telomer než před ním. Naším úkolem je nyní zjistit, jak a proč dochází k takovým specifickým změnám v dynamice délky telomer během kosmického letu.

Naše zjištění budou mít význam i pro pozemšťany, protože všichni stárneme a objevují se u nás stavy související s věkem. Tyto výsledky studie TWINS mohou poskytnout nové poznatky o procesech, které se na nich podílejí, a tím zlepšit naše chápání toho, co bychom mohli udělat, abychom se jim vyhnuli nebo prodloužili délku zdraví.

Dlouhodobé zdravotní účinky dlouhotrvajících vesmírných letů je třeba teprve zjistit, ale studie TWINS představuje přelomový krok na cestě lidstva na Měsíc, Mars a dál… a k tomu, aby se sci-fi stalo skutečností.