Det daglige liv på den internationale rumstation går hurtigt. Rigtig hurtigt. På en rejse med ca. 17.000 miles i timen, 300 miles over Jorden, ser astronauterne 16 solopgange og solnedgange hver “dag”, mens de svæver rundt i en kasse sammen med en håndfuld mennesker, som de er afhængige af for at overleve.

Man behøver ikke se længere end til Hollywood-blockbusters som “The Martian”, “Gravity” og “Interstellar” for at få futuristiske visioner om livet uden for Jorden, når vi vover os længere og dybere ud i det ydre rum. Men hvad med den menneskelige krops reaktion på virkelige rumflyvninger – hvad er de sundhedsmæssige virkninger? Vil rumrejsende ældes anderledes hurtigt end os på Jorden? Hvor tilpasningsdygtige er vi egentlig til rummiljøet?

Dette er helt sikkert et problem for NASA. Hvordan rumrejser og missioner af lang varighed kan ændre den menneskelige krop, og om disse ændringer er permanente eller reversible, når astronauterne vender tilbage til Jorden, er stort set ukendt. Muligheden for at undersøge disse spændende spørgsmål opstod med de enæggede tvillingeastronauter Scott og Mark Kelly.

I november 2012 valgte NASA astronauten Scott Kelly til sin første etårige mission. På en pressekonference ikke længe efter var det Scott, der antydede, at denne mission måske kunne give mulighed for at sammenligne virkningen af rumlivet på hans krop med hans jordboende enæggede tvillingebror, Mark Kelly, som også havde været astronaut og tidligere testpilot i flåden. Det var bemærkelsesværdigt, at Kelly-tvillingerne havde samme “natur (genetik) og opvækst (miljø)”, og det perfekte rumeksperiment blev derfor udtænkt – med “rumtvilling og jordisk tvilling” som stjerner. Scott skulle tilbringe et år i rummet på den internationale rumstation, mens hans enæggede tvillingebror, Mark, skulle blive på Jorden.

Nasa’s TWINS-undersøgelse er den mest omfattende undersøgelse af den menneskelige krops reaktion på rumflyvning, der nogensinde er gennemført. Resultaterne vil være vejledende for fremtidige undersøgelser og personlige tilgange til evaluering af sundhedsvirkninger for individuelle astronauter i mange år fremover.

Som kræftbiolog ved Colorado State University studerer jeg virkningen af strålingseksponering på menneskelige celler. Som en del af TWINS-undersøgelsen var jeg især interesseret i at evaluere, hvordan kromosomernes ender, kaldet telomerer, blev ændret af et år i rummet.

Spredning af de sundhedsmæssige virkninger af at bo i rummet

NASA udsendte en indkaldelse og udvalgte 10 peer-reviewede undersøgelser fra hele landet til TWINS-undersøgelsen. Undersøgelserne omfattede molekylære, fysiologiske og adfærdsmæssige målinger og for første gang nogensinde hos astronauter “omics”-baserede undersøgelser. Nogle hold evaluerede virkningen af rummet på genomet – hele komplementet af DNA i en celle (genomik). Andre hold undersøgte, hvilke gener der var tændt og producerede et molekyle kaldet mRNA (transkriptomik). Nogle undersøgelser fokuserede på, hvordan kemiske modifikationer – som ikke ændrer DNA-koden – påvirkede reguleringen af generne (epigenomik). Nogle forskere udforskede de proteiner, der blev produceret i cellerne (proteomik), mens andre undersøgte metabolismens produkter (metabolomik).

Der blev også foretaget undersøgelser af, hvordan rummiljøet kunne ændre mikrobiomet – den samling af bakterier, vira og svampe, der lever i og på vores krop – i rummet. I en undersøgelse blev immunresponset på influenzavaccinen undersøgt. Andre hold undersøgte Scotts biologiske prøver for biomarkører for åreforkalkning og opadgående væskeforskydninger i kroppen på grund af mikrogravitation, som kan påvirke synet og forårsage hovedpine. De kognitive præstationer blev også evalueret ved hjælp af computerstyrede kognitionstests, der er specielt udviklet til astronauter.

Mere end 300 biologiske prøver – afføring, urin og blod – blev indsamlet fra tvillingerne på flere tidspunkter før, under og efter den etårige mission.

Kelly-tvillingerne er uden tvivl et af de mest profilerede par – på eller uden for vores planet. De er også et af de mest interviewede. Et spørgsmål, der ofte stilles, er, om Scott vil vende yngre tilbage fra rummet end Mark – en situation, der minder om “Interstellar” eller Einsteins såkaldte “tvillingparadoks”. Men da ISS ikke bevæger sig i nærheden af lysets hastighed i forhold til os, er tidsudvidelsen – eller forsinkelsen af tiden på grund af bevægelse – meget minimal. Så en eventuel aldersforskel mellem brødrene ville kun være på få millisekunder.

Så er spørgsmålet om rumflyvning-associeret aldring og den ledsagende risiko for at udvikle aldersrelaterede sygdomme som demens, hjerte-kar-sygdomme og kræft – under eller efter en mission – et vigtigt spørgsmål, som vi havde til formål at tage direkte fat på med vores undersøgelse af telomerlængden.

Telomerer er enderne af kromosomer, der beskytter dem mod skader og mod at “flosse” – ligesom enden af en snørebåndssnor. Telomerer er afgørende for at opretholde kromosomernes og genomets stabilitet. Telomerer bliver dog naturligt kortere, når vores celler deler sig, og det samme gælder, når vi bliver ældre. Den hastighed, hvormed telomerer forkortes over tid, påvirkes af mange faktorer, herunder oxidativ stress og inflammation, ernæring, fysisk aktivitet, psykologisk stress og miljømæssige eksponeringer som luftforurening, UV-stråler og ioniserende stråling. Telomerlængden afspejler således en persons genetik, erfaringer og eksponeringer og er således informative indikatorer for generel sundhed og aldring.

Telomerer og aldring

Vores undersøgelse foreslog, at de unikke belastninger og udsættelser uden for denne verden, som astronauterne oplever under rumflyvning – ting som isolation, mikrogravitation, høje kuldioxidniveauer og galaktisk kosmisk stråling – ville fremskynde telomerforkortning og aldring. For at teste dette evaluerede vi telomerlængden i blodprøver fra begge tvillinger før, under og efter den etårige mission.

Scott og Mark startede undersøgelsen med relativt ens telomerlængder, hvilket er i overensstemmelse med en stærk genetisk komponent. Som forventet var længden af Marks telomerer på jorden også relativt stabil i løbet af undersøgelsen. Men til vores store overraskelse var Scotts telomerer betydeligt længere på alle tidspunkter og i alle prøver, der blev testet under rumflyvningen. Det var præcis det modsatte af, hvad vi havde forventet.

Dertil kommer, at ved Scotts hjemkomst til Jorden blev telomerlængden hurtigt forkortet, hvorefter den stabiliserede sig i løbet af de følgende måneder til næsten gennemsnittet før flyvningen. Set ud fra et perspektiv af aldring og risiko for sygdom havde han imidlertid mange flere korte telomerer efter rumflyvningen end før. Vores udfordring er nu at finde ud af, hvordan og hvorfor sådanne rumflyvningsspecifikke forskydninger i telomerlængdedynamikken forekommer.

Vores resultater vil også have relevans for jordboere, da vi alle bliver gamle og udvikler aldersrelaterede sygdomme. Resultaterne af TWINS-undersøgelsen kan give nye spor af de involverede processer og dermed forbedre vores forståelse af, hvad vi kan gøre for at undgå dem eller forlænge helbredsspændvidden.

De langsigtede sundhedsmæssige virkninger af langvarige rumflyvninger er endnu ikke fastlagt, men TWINS-undersøgelsen repræsenterer et skelsættende skridt på menneskehedens rejse til månen, Mars og videre … og til at gøre science fiction til science fact.