Космические биотехнологии - каковы перспективы?

Невесомость влияет на здоровье космонавтов на молекулярном уровне

Учёные из России и Канады в совместном исследовании проанализировали влияние условий космического полёта на белковый состав крови у 18 российских космонавтов. Результаты исследования выявили, что при полётах в космос в организме человека происходят серьёзные изменения на уровне клеток, тканей и органов, помогающие приспособиться к новым условиям. Инициатором исследования является профессор Сколтеха и МФТИ Евгений Николаев. //  mipt.ru

 

Влияние полётов в космос на организм человека активно изучается с середины двадцатого века. Хорошо известно, что факторы космического полёта оказывают воздействие на обмен веществ, терморегуляцию, сердечные биоритмы, работу мышц, дыхательную систему и многие другие функции организма человека. Тем не менее, молекулярные механизмы, лежащие в основе этого влияния, — до сих пор загадка для учёных и врачей.

Белки — главные игроки в процессах адаптации нашего организма к тем или иным условиям, поэтому учёные решили обратиться именно к ним. Для того, чтобы более подробно изучить воздействие невесомости на физиологию человека, учёные проанализировали концентрации 125 белков в плазме крови 18 космонавтов из России, которые находились на Международной космической станции продолжительное время. Космонавты сдавали анализы за 30 дней до полёта, сразу после возвращения на Землю и через 7 дней после возвращения.

Концентрации белков, выбранных учёными, измерялись с помощью метода масс-спектрометрии, технологии, позволяющей проводить идентификацию (определять, что за молекула) и количественный анализ той или иной смеси веществ (количество молекул определённого типа в смеси).

В результате исследования были обнаружены белки, чьи концентрации остаются неизменными, белки, чьи концентрации меняются, но быстро возвращаются к своему обычному уровню, и те белки, содержание которых в крови восстанавливается очень медленно после возвращения космонавта на Землю.

«Для исследования был взят неслучайный набор белков. Исследованные белки — набор биомаркеров, использующихся для выявления неинфекционных заболеваний человека. Результаты показали, что в условиях невесомости иммунная система ведёт себя как при болезни, потому что организм человека не понимает, что ему делать, и включает все возможные системы защиты. В нашей работе впервые была использована количественная протеомика для таких целей, то есть определялось не только наличие белка, но и его количество. Мы планируем использовать более таргетный подход в будущем, чтобы найти больше специфических белков, отвечающих за изменения в организме человека в условиях невесомости. Для этого космонавтам придётся сдавать кровь прямо на орбите», — рассказывает профессор Евгений Николаев.

Изменения, которым подвергается организм человека во время космического полёта, очень интересны, потому что к ним нас не подготовила эволюция. Совершенно неизвестно, есть ли у человека механизмы, позволяющие быстро приспосабливаться к таким серьёзным изменениям условий существования. Результаты, полученные в данном исследовании, показывают, что, скорее всего, таких механизмов нет, так как при полёте в космос процессам адаптации к новым условиям подвергаются все ключевые типы клеток, органов и тканей в организме человека, то есть организм не знает, что делать, и пытается делать всё сразу.


Влияние полётов в космос на организм человека активно изучается с середины двадцатого века. Хорошо известно, что факторы космического полёта оказывают воздействие на обмен веществ, терморегуляцию, сердечные биоритмы, работу мышц, дыхательную систему и многие другие функции организма человека. Тем не менее, молекулярные механизмы, лежащие в основе этого влияния, — до сих пор загадка для учёных и врачей.

Белки — главные игроки в процессах адаптации нашего организма к тем или иным условиям, поэтому учёные решили обратиться именно к ним. Для того, чтобы более подробно изучить воздействие невесомости на физиологию человека, учёные проанализировали концентрации 125 белков в плазме крови 18 космонавтов из России, которые находились на Международной космической станции продолжительное время. Космонавты сдавали анализы за 30 дней до полёта, сразу после возвращения на Землю и через 7 дней после возвращения.

Концентрации белков, выбранных учёными, измерялись с помощью метода масс-спектрометрии, технологии, позволяющей проводить идентификацию (определять, что за молекула) и количественный анализ той или иной смеси веществ (количество молекул определённого типа в смеси).

В результате исследования были обнаружены белки, чьи концентрации остаются неизменными, белки, чьи концентрации меняются, но быстро возвращаются к своему обычному уровню, и те белки, содержание которых в крови восстанавливается очень медленно после возвращения космонавта на Землю.

«Для исследования был взят неслучайный набор белков. Исследованные белки — набор биомаркеров, использующихся для выявления неинфекционных заболеваний человека. Результаты показали, что в условиях невесомости иммунная система ведёт себя как при болезни, потому что организм человека не понимает, что ему делать, и включает все возможные системы защиты. В нашей работе впервые была использована количественная протеомика для таких целей, то есть определялось не только наличие белка, но и его количество. Мы планируем использовать более таргетный подход в будущем, чтобы найти больше специфических белков, отвечающих за изменения в организме человека в условиях невесомости. Для этого космонавтам придётся сдавать кровь прямо на орбите», — рассказывает профессор Евгений Николаев.

Изменения, которым подвергается организм человека во время космического полёта, очень интересны, потому что к ним нас не подготовила эволюция. Совершенно неизвестно, есть ли у человека механизмы, позволяющие быстро приспосабливаться к таким серьёзным изменениям условий существования. Результаты, полученные в данном исследовании, показывают, что, скорее всего, таких механизмов нет, так как при полёте в космос процессам адаптации к новым условиям подвергаются все ключевые типы клеток, органов и тканей в организме человека, то есть организм не знает, что делать, и пытается делать всё сразу.