A Nemzetközi Űrállomás fedélzetén gyorsan zajlik a mindennapi élet. Nagyon gyorsan. Körülbelül 17 000 mérföld/órás sebességgel haladva, 300 mérfölddel a Föld felett, az űrhajósok minden “nap” 16 napfelkeltét és napnyugtát néznek, miközben egy dobozban lebegnek egy maroknyi emberrel, akiktől függ a túlélésük.

Nem kell tovább nézni az olyan hollywoodi kasszasikereket, mint “A marslakó”, “Gravitáció” és “Csillagközi”, hogy futurisztikus elképzeléseket találjunk a Földön kívüli életről, ahogy egyre hosszabb és mélyebb űrutazásra vállalkozunk. De mi a helyzet az emberi test reakciójával a valós űrrepülésre – milyen egészségügyi hatásai vannak? Vajon az űrutazók más ütemben öregednek majd, mint mi, földi emberek? Mennyire tudunk alkalmazkodni az űrkörnyezethez?

A NASA számára ezek bizonyára aggodalomra adnak okot. Az, hogy az űrutazás és a hosszú távú küldetések hogyan változtatják meg az emberi szervezetet, és hogy ezek a változások tartósak vagy visszafordíthatók-e, miután az űrhajósok visszatérnek a Földre, nagyrészt ismeretlen. Az egypetéjű iker-asztronauták, Scott és Mark Kelly esetében nyílt lehetőség ezeknek az érdekes kérdéseknek a feltárására.

2012 novemberében a NASA kiválasztotta Scott Kelly űrhajóst az első egyéves küldetésre. Nem sokkal később egy sajtótájékoztatón Scott volt az, aki utalt arra, hogy ez a küldetés lehetőséget adhat arra, hogy összehasonlítsa az űrbeli élet hatását a szervezetére a Földön élő egypetéjű ikertestvérével, Mark Kellyvel, aki szintén űrhajós és korábbi haditengerészeti tesztpilóta volt. Figyelemre méltó, hogy a Kelly-ikrek hasonló “természetű (genetika) és neveltetésű (környezet) egyének” voltak, így született meg a tökéletes űrkísérlet – melynek főszereplői az “űr-iker és a földi iker” voltak. Scott egy évet töltött volna az űrben a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén, míg egypetéjű ikertestvére, Mark a Földön maradt volna.

A NASA TWINS Study a valaha készült legátfogóbb áttekintést nyújtja az emberi szervezetnek az űrrepülésre adott válaszairól. Az eredmények a jövőbeni tanulmányok és az egyes űrhajósok egészségi hatásainak értékelésére szolgáló személyre szabott megközelítések irányadóak lesznek az elkövetkező években.

A Colorado Állami Egyetem rákbiológusaként a sugárterhelés emberi sejtekre gyakorolt hatását tanulmányozom. A TWINS tanulmány részeként különösen érdekelt annak értékelése, hogy a kromoszómák végei, az úgynevezett telomerek hogyan változnak az űrben töltött egy év hatására.

A világűrben élés egészségügyi hatásainak szétválasztása

A NASA felhívást tett közzé, és az ország minden tájáról kiválasztott 10 lektorált vizsgálatot a TWINS tanulmányhoz. A vizsgálatok molekuláris, fiziológiai és viselkedési méréseket, valamint – az űrhajósoknál először – “omics”-alapú vizsgálatokat tartalmaztak. Néhány csapat a világűrnek a genomra – a sejtben lévő DNS teljes komplementerére – gyakorolt hatását értékelte (genomika). Más csapatok azt vizsgálták, hogy mely gének kapcsoltak be és termeltek egy mRNS nevű molekulát (transzkriptomika). Néhány vizsgálat arra összpontosított, hogy a kémiai módosítások – amelyek nem változtatják meg a DNS-kódot – hogyan befolyásolták a gének szabályozását (epigenomika). Egyes kutatók a sejtekben termelődő fehérjéket vizsgálták (proteomika), míg mások az anyagcsere termékeit vették górcső alá (metabolomika).

Vizsgálták azt is, hogy az űrkörnyezet hogyan változtathatja meg a mikrobiomot – a testünkben és a testünkön élő baktériumok, vírusok és gombák gyűjteményét. Az egyik vizsgálat az influenza elleni vakcinára adott immunválaszt vizsgálta. Más csoportok Scott biológiai mintáit az érelmeszesedés biomarkerei és a szervezetben a mikrogravitáció miatt felfelé irányuló folyadékeltolódások után kutatták, amelyek befolyásolhatják a látást és fejfájást okozhatnak. A kognitív teljesítményt is értékelték, kifejezetten űrhajósok számára kifejlesztett, számítógépen futó kognitív tesztekkel.

Több mint 300 biológiai mintát – székletet, vizeletet és vért – gyűjtöttek az ikrektől több alkalommal az egyéves küldetés előtt, alatt és után.

A Kelly ikrek kétségkívül az egyik legprofiláltabb páros – bolygónkon vagy azon kívül. Ők az egyik legtöbb interjút is adtak. Az egyik gyakran feltett kérdés, hogy Scott fiatalabban tér-e vissza az űrből, mint Mark – ez a helyzet a “Csillagközi” vagy Einstein úgynevezett “ikerparadoxonjára” emlékeztet. Mivel azonban az ISS hozzánk képest közel sem halad a fénysebességgel, az időtágulás – vagyis az idő lassulása a mozgás miatt – nagyon minimális. Így a testvérek közötti esetleges korkülönbség csak néhány ezredmásodperc lenne.

Mégis fontos kérdés az űrrepüléssel összefüggő öregedés és az ezzel járó, korral járó betegségek, például a demencia, a szív- és érrendszeri betegségek és a rák kialakulásának kockázata – a küldetés alatt vagy után -, és ezt a kérdést kívántuk közvetlenül kezelni a telomerek hosszának vizsgálatával.

A telomerek a kromoszómák végei, amelyek védik őket a károsodástól és a “foszlástól” – hasonlóan a cipőfűző végéhez. A telomerek kritikus fontosságúak a kromoszóma és a genom stabilitásának fenntartásában. A telomerek azonban természetes módon rövidülnek, ahogy a sejtjeink osztódnak, és így az öregedés során is. A telomerek idővel történő rövidülésének ütemét számos tényező befolyásolja, többek között az oxidatív stressz és a gyulladás, a táplálkozás, a fizikai aktivitás, a pszichológiai stressz és az olyan környezeti hatások, mint a légszennyezés, az UV-sugarak és az ionizáló sugárzás. A telomerhossz tehát tükrözi az egyén genetikáját, tapasztalatait és expozícióit, így informatív mutatója az általános egészségi állapotnak és az öregedésnek.

Telomerek és öregedés

Tanulmányunkban azt javasoltuk, hogy az űrhajósokat az űrrepülés során érő egyedülálló stressz és a világon kívüli expozíció – olyan dolgok, mint az elszigeteltség, a mikrogravitáció, a magas széndioxidszint és a galaktikus kozmikus sugárzás – felgyorsítja a telomerek rövidülését és öregedését. Ennek tesztelésére mindkét ikertől kapott vérminták telomerhosszát vizsgáltuk az egyéves küldetés előtt, alatt és után.

Scott és Mark viszonylag hasonló telomerhosszal kezdték a vizsgálatot, ami erős genetikai összetevőre utal. Szintén a várakozásoknak megfelelően a Földön tartózkodó Mark telomerhossza viszonylag stabil volt a vizsgálat során. Meglepetésünkre azonban Scott telomerjei minden időpontban és minden vizsgált mintában szignifikánsan hosszabbak voltak az űrrepülés során. Ez pontosan az ellenkezője volt annak, amire számítottunk.

Továbbá, amikor Scott visszatért a Földre, a telomerek hossza gyorsan rövidült, majd a következő hónapokban stabilizálódott, és megközelítette a repülés előtti átlagot. Az öregedés és a betegségek kockázata szempontjából azonban az űrrepülés után sokkal több rövid telomerje volt, mint előtte. Most az a feladatunk, hogy kiderítsük, hogyan és miért következnek be a telomerhossz dinamikájában ilyen űrrepülésspecifikus változások.

Eredményeinknek a földlakókra nézve is jelentősége lesz, hiszen mindannyian megöregszünk és kialakulnak az öregedéssel összefüggő betegségek. A TWINS tanulmány eredményei új nyomokat szolgáltathatnak az érintett folyamatokról, és ezáltal javíthatják megértésünket arról, hogy mit tehetünk ezek elkerülése vagy az egészségi élettartam meghosszabbítása érdekében.

A hosszú időtartamú űrrepülés hosszú távú egészségügyi hatásait még meg kell határozni, de a TWINS tanulmány mérföldkőnek számít az emberiség Holdra, Marsra és azon túlra vezető útján… és a tudományos fantasztikum tudományos ténnyé tételében.