国際宇宙ステーションでの日々の暮らしは、とても速いです。 本当に速い。 時速17,000マイル、地球から300マイルの上空を旅する宇宙飛行士は、生存のために依存する少数の人々と箱の中で浮遊しながら、「毎日」16の日の出と日の入りを見る。
より長く、より深い宇宙への冒険として、地球外の生活の未来像を、「火星の人」や「重力」「インターステラー」といったハリウッド大作から見る必要はないだろう。 しかし、現実の宇宙飛行に対する人体の反応はどうでしょうか。 宇宙飛行士は、地球上の私たちとは異なる速度で年をとるのでしょうか？ 私たちは宇宙環境にどの程度適応できるのでしょうか？
確かにこれらはNASAにとって懸念事項です。 宇宙旅行や長期間のミッションが人体をどのように変化させるのか、また、宇宙飛行士が地球に戻ってきたときにその変化が永久的なものか可逆的なものかは、ほとんど分かっていません。 一卵性双生児の宇宙飛行士であるスコット・ケリーとマーク・ケリーは、この興味深い疑問を解明する機会を得ました。
2012年11月、NASAは、最初の1年間のミッションにスコット・ケリー宇宙飛行士を選びました。 その後まもなく行われた記者会見で、このミッションは、宇宙での生活が彼の体に与える影響を、地球に住む一卵性双生児の弟、マーク・ケリーと比較するチャンスになるかもしれないとほのめかしたのはスコットだった。 ケリー家の双子は、「生まれつき（遺伝）」と「育ち（環境）」が似ており、「宇宙の双子と地球の双子」を主役とする完璧な宇宙実験が考え出されたのです。 スコットさんは国際宇宙ステーションで1年間を過ごし、一卵性双生児の弟のマークさんは地球に残ります。
NASAの双子研究は、宇宙飛行に対する人体の反応について、これまでに行われた最も包括的な見解です。
コロラド州立大学の癌生物学者として、私は放射線被曝のヒト細胞への影響について研究しています。
Teasing apart health effects of space living
NASAはTWINS研究として、国内から10の査読付き研究を募集し、選定しました。 研究内容は分子的、生理的、行動的なもので、宇宙飛行士としては初めて「オミックス」に基づく研究が行われました。 いくつかのチームは、ゲノム（細胞内のDNAの総体）への宇宙の影響を評価しました（ゲノミクス）。 また、どの遺伝子がオンになり、mRNAと呼ばれる分子を生成しているかを調べたチームもあります（トランスクリプトミクス）。 また、DNAコードに変更を加えない化学修飾が、遺伝子の制御にどのような影響を及ぼすかに注目した研究もあります（エピゲノム）。 また、宇宙環境がマイクロバイオーム（体内に生息する細菌、ウイルス、真菌の集合体）をどのように変化させるかを調べる研究も行われました。 ある調査では、インフルエンザ・ワクチンに対する免疫反応を調べました。 また、他のチームは、スコットの生体試料から、動脈硬化のバイオマーカーや、微小重力による体液の上方移動（視力や頭痛に影響する可能性がある）を調べました。 また、宇宙飛行士用に特別に設計されたコンピュータによる認知力テストも行われました。
便、尿、血液など300以上の生体試料が、1年間のミッションの前、途中、後の複数のタイミングで双子から採取されました。
ケリー双子は、間違いなく、地球上でも外でも、最もプロファイルされたペアの1つである。 また、最も多くのインタビューを受けているペアの1つでもあります。 よく聞かれるのは、スコットがマークより若く宇宙から帰ってくるかどうかということで、「インターステラー」やアインシュタインのいわゆる「双子のパラドックス」を彷彿とさせる状況である。 しかし、ISSは私たちに対して光速近くを移動しているわけではないので、時間の拡張、つまり運動による時間の遅れは非常に小さいのです。
テロメアは、染色体を損傷や「ほつれ」から守る、靴ひもの端のような染色体の末端部分です。 テロメアは染色体やゲノムの安定性を維持するために重要です。 しかし、テロメアは細胞分裂の際に自然に短くなり、また、加齢によっても短くなります。 テロメアの短縮速度は、酸化ストレスや炎症、栄養、身体活動、心理的ストレス、大気汚染、紫外線、電離放射線などの環境曝露など、多くの要因に影響されます。 このように、テロメアの長さは個人の遺伝、経験、暴露を反映するため、一般的な健康状態や老化の指標として有益です。
テロメアと老化
私たちの研究では、宇宙飛行士が宇宙飛行中に経験する独特のストレスやこの世のものとは思えないような曝露（隔離、微小重力、高い二酸化炭素濃度、銀河宇宙線など）が、テロメアの短縮と老化を促進すると仮定しました。 このことを検証するために、私たちは1年間のミッションの前、ミッション中、後に双子から採取した血液サンプルでテロメアの長さを評価しました。
スコットとマークは比較的似たようなテロメア長で研究を始めましたが、これは遺伝的要素が強いことと一致します。 また、予想通り、地球にいるマークのテロメアの長さは、研究期間中、比較的安定していました。 しかし、驚いたことに、宇宙飛行中のスコットのテロメアは、すべての時点、すべてのサンプルで有意に長くなっていました。 これは、私たちの予想とはまったく逆の結果でした。
さらに、スコットが地球に戻ると、テロメアの長さは急速に短くなり、その後数ヶ月の間に安定して、飛行前の平均値近くまで伸びたのです。 しかし、老化や病気のリスクという観点から見ると、彼は宇宙飛行の後、飛行前よりも多くの短いテロメアを持つようになったのです。 私たちの課題は、このような宇宙飛行特有のテロメア長動態の変化がどのように、そしてなぜ起きているのかを解明することです。
私たちは皆、年を取り、加齢に関連した症状を発症するため、この発見は地球人にも関連性があるでしょう。
長期宇宙飛行の長期的な健康への影響はまだ解明されていませんが、TWINS研究は、人類が月や火星、そしてその先に向かうための、そしてSFをSFにするための画期的な一歩となりました。