Studi NASA Twins - menampilkan kembar astronot Scott dan Mark Kelly - adalah eksperimen luar angkasa yang sempurna. Scott menghabiskan satu tahun di luar angkasa di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Markus tetap di Bumi. Hasil?
Hasil dari Studi Kembar NASA, yang berlangsung dari 2015-2016, diterbitkan 11 April 2019, dalam jurnal Ilmu. NASA mengatakan bahwa makalah - yang mencakup kerja dari 10 tim peneliti "... mengungkapkan beberapa data yang menarik, mengejutkan dan meyakinkan tentang bagaimana satu tubuh manusia beradaptasi dengan - dan pulih dari - lingkungan luar angkasa yang ekstrem."
Oleh Susan Bailey, Universitas Negeri Colorado
Kehidupan sehari-hari di Stasiun Luar Angkasa Internasional bergerak cepat. Sangat cepat. Bepergian dengan kecepatan sekitar 17.000 mil per jam, 300 mil di atas Bumi, para astronot menonton 16 matahari terbit dan terbenam setiap "hari" sambil melayang-layang di dalam sebuah kotak dengan segelintir orang yang mereka andalkan untuk bertahan hidup.
Orang tidak perlu melihat lebih jauh daripada film-film Hollywood seperti "The Mars," "> Gravity" dan "Interstellar" untuk visi futuristik tentang kehidupan di luar Bumi saat kita menjelajah lebih jauh dan lebih dalam ke luar angkasa. Tetapi bagaimana dengan respon tubuh manusia terhadap spaceflight kehidupan nyata - apa efek kesehatannya? Akankah pelancong ruang angkasa menua pada tingkat yang berbeda dari kita di Bumi? Seberapa mudah kita beradaptasi dengan lingkungan ruang?
Apakah kembaran antariksa Scott dan Kembar Bumi tidak lagi identik? Gambar melalui Robert Markowitz / NASA.
Tentu ini adalah kekhawatiran bagi NASA. Bagaimana perjalanan ruang angkasa dan misi jangka panjang dapat mengubah tubuh manusia, dan apakah perubahan itu permanen atau dapat dibalik begitu para astronot kembali ke Bumi, sebagian besar tidak diketahui. Kesempatan untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan yang menarik ini muncul dengan astronot kembar identik Scott dan Mark Kelly.
Pada November 2012, NASA memilih astronot Scott Kelly untuk misi satu tahun pertamanya. Pada konferensi pers tidak lama setelah itu, Scott yang mengisyaratkan bahwa misi ini mungkin memberikan kesempatan untuk membandingkan dampak ruang yang hidup di tubuhnya dengan saudara kembarnya yang identik dengan Bumi, Mark Kelly, yang juga seorang astronot dan mantan pilot uji coba Angkatan Laut. Hebatnya, si kembar Kelly adalah individu-individu dari "alam (genetika) dan pengasuhan (lingkungan) yang serupa," dan jadi percobaan ruang angkasa yang sempurna dikandung - menampilkan "kembar ruang angkasa dan kembar Bumi" sebagai bintang-bintang. Scott akan menghabiskan satu tahun di luar angkasa di Stasiun Luar Angkasa Internasional, sementara saudara kembarnya yang identik, Mark, akan tetap berada di Bumi.
Studi NASA Twins mewakili pandangan paling komprehensif tentang respons tubuh manusia terhadap penerbangan luar angkasa yang pernah dilakukan. Hasil akan memandu studi masa depan dan pendekatan yang dipersonalisasi untuk mengevaluasi efek kesehatan astronot individu untuk tahun-tahun mendatang.
Sebagai ahli biologi kanker di Colorado State University, saya mempelajari dampak paparan radiasi pada sel manusia. Sebagai bagian dari Studi Kembar, saya sangat tertarik untuk mengevaluasi bagaimana ujung-ujung kromosom, yang disebut telomere, diubah oleh ruang angkasa selama satu tahun.
Satu hari sebelum astronot Scott Kelly mencapai tanda enam bulan di ruang angkasa, ia berbicara langsung dari atas ISS dengan John Hughs, kiri, saudara kembarnya Mark Kelly dan Astronaut Terry Virts, kanan. Gambar melalui NASA / Bill Ingalls.
Terpisah efek kesehatan dari ruang hidup
NASA melakukan panggilan dan memilih 10 investigasi peer-review dari seluruh negeri untuk Studi Kembar. Studi termasuk langkah-langkah molekuler, fisiologis dan perilaku, dan untuk pertama kalinya dalam astronot, studi berbasis "omics". Beberapa tim mengevaluasi dampak ruang pada genom - seluruh pelengkap DNA dalam sel (genomik). Tim lain memeriksa gen mana yang dihidupkan dan menghasilkan molekul yang disebut mRNA (transkriptomik). Beberapa penelitian berfokus pada bagaimana modifikasi kimia - yang tidak mengubah kode DNA - memengaruhi regulasi gen (epigenomik). Beberapa peneliti mengeksplorasi protein yang diproduksi dalam sel (proteomik), sedangkan yang lain meneliti produk metabolisme (metabolomik).
Ada juga penelitian yang meneliti bagaimana lingkungan ruang mungkin mengubah microbiome - kumpulan bakteri, virus dan jamur yang hidup di dalam dan di tubuh kita. Satu penyelidikan meneliti respon imun terhadap vaksin flu. Tim lain mencari sampel biologis Scott untuk biomarker aterosklerosis dan pergeseran cairan ke atas dalam tubuh karena gayaberat mikro, yang dapat mempengaruhi penglihatan dan menyebabkan sakit kepala. Kinerja kognitif juga dievaluasi menggunakan tes kognisi yang dijalankan komputer yang dirancang khusus untuk astronot.
Lebih dari 300 sampel biologis - feses, urin, dan darah - dikumpulkan dari si kembar beberapa kali sebelum, selama dan setelah misi satu tahun.
Si kembar Kelly tanpa ragu adalah salah satu pasangan yang paling berprofil - di atau di luar planet kita. Mereka juga salah satu yang paling diwawancarai. Satu pertanyaan yang sering diajukan adalah apakah Scott akan kembali dari ruang angkasa yang lebih muda dari Mark - sebuah situasi yang mengingatkan pada "Antar Bintang" atau yang disebut "target =" _ blank "Twin Paradox." Namun, karena ISS tidak bepergian ke mana pun dengan kecepatan mendekati cahaya relatif bagi kita, pelebaran waktu - atau perlambatan waktu karena gerakan - sangat minim. Jadi, perbedaan usia antara saudara-saudara hanya akan menjadi beberapa milidetik.
Meski begitu, pertanyaan tentang penuaan yang berhubungan dengan spaceflight dan risiko yang menyertainya mengembangkan penyakit yang berkaitan dengan usia seperti demensia, penyakit kardiovaskular dan kanker - selama atau setelah misi - adalah pertanyaan yang penting, dan pertanyaan yang kami bertujuan untuk membahas langsung dengan penelitian kami panjang telomer.
Telomer adalah bagian protektif dari DNA di ujung kromosom. Seiring bertambahnya usia, telomer semakin pendek. Gambar melalui Vectormine / Shutterstock.
Telomere adalah ujung kromosom yang melindunginya dari kerusakan dan dari “keributan” - mirip dengan ujung tali sepatu. Telomer sangat penting untuk menjaga stabilitas kromosom dan genom. Namun, telomer secara alami memendek saat sel kita membelah, dan begitu juga dengan bertambahnya usia. Tingkat di mana telomer memendek dari waktu ke waktu dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk stres oksidatif dan peradangan, nutrisi, aktivitas fisik, tekanan psikologis, dan paparan lingkungan seperti polusi udara, sinar UV, dan radiasi pengion. Dengan demikian, panjang telomer mencerminkan genetika, pengalaman, dan paparan individu, dan demikian juga indikator informatif kesehatan umum dan penuaan.
Telomer dan penuaan
Studi kami mengusulkan bahwa tekanan unik dan paparan di luar dunia ini pengalaman astronot selama penerbangan luar angkasa - hal-hal seperti isolasi, gayaberat mikro, kadar karbon dioksida yang tinggi dan sinar kosmik galaksi - akan mempercepat pemendekan dan penuaan telomer. Untuk menguji ini, kami mengevaluasi panjang telomer dalam sampel darah yang diterima dari kedua kembar sebelum, selama dan setelah misi satu tahun.
Scott dan Mark memulai penelitian dengan panjang telomer yang relatif sama, yang konsisten dengan komponen genetik yang kuat. Juga seperti yang diharapkan, panjang telomere Mark yang terikat Bumi relatif stabil selama penelitian. Tetapi sangat mengejutkan kami, telomere Scott secara signifikan lebih lama pada setiap titik waktu dan dalam setiap sampel yang diuji selama spaceflight. Itu persis kebalikan dari apa yang kami harapkan.
Lebih jauh, setelah Scott kembali ke Bumi, panjang telomer memendek dengan cepat, kemudian menjadi stabil selama beberapa bulan berikutnya hingga mendekati rata-rata pra-penerbangan. Namun, dari sudut pandang penuaan dan risiko penyakit, ia memiliki lebih banyak telomer pendek setelah spaceflight daripada sebelumnya. Tantangan kami sekarang adalah untuk mencari tahu bagaimana dan mengapa pergeseran khusus spaceflight dalam dinamika panjang telomer terjadi.
Temuan kami akan memiliki relevansi dengan penduduk dunia juga, karena kita semua menjadi tua dan mengembangkan kondisi terkait usia. Hasil Studi Kembar ini dapat memberikan petunjuk baru ke dalam proses yang terlibat, dan dengan demikian meningkatkan pemahaman kita tentang apa yang mungkin kita lakukan untuk menghindarinya atau memperpanjang rentang kesehatan.
Efek kesehatan jangka panjang dari spaceflight durasi panjang belum ditentukan, tetapi Studi TWINS mewakili langkah penting dalam perjalanan manusia ke bulan, Mars dan seterusnya ... dan membuat fakta fiksi ilmiah.
Susan Bailey, Profesor Biologi dan Onkologi Kanker Radiasi, Universitas Negeri Colorado
Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.
Intinya: Hasilnya datang dari astronot kembar, Kelly bersaudara di NASA Twins Study.
