Медики изучили молекулярные изменения в организме 18-ти российских космонавтов

Специалисты Института медико-биологических проблем Российской академии наук совместно с коллегами из Сколковского института науки и технологий и Университета Виктории (Ванкувер, Канада) изучили, как у 18-ти российских космонавтов изменилась экспрессия различных белков после полёта в космос. Это одно из немногих исследований того, какие именно молекулярные механизмы управляют физиологическими изменениями у человека в космосе.

По итогам многочисленных исследований, которые проводились в последние десятилетия, учёные перечисляют базовые изменения, которые происходят в организме в результате адаптации к космическим факторам:

1. Энергетический дисбаланс — когда энергетические расходы организма не возмещаются поступающей едой, что представляет серьёзную угрозу для многих физических процессов.
2. Отрицательный баланс воды и кальция, хотя баланс натрия, вероятно, положительный.
3. Деминерализация и изменение костной структуры.
4. Неэффективная терморегуляция.
5. Сдвиги биоритмов в выделении тепла, гормональной секреции и сердечной функции.
6. Реструктуризация контроля вазомоторики (изменение просвета кровеносных сосудов, особенно артерий) и дисфункция сосудистого эндотелия.
7. Мышечная гипотрофия, потеря тонуса и ухудшение силоскоростных показателей.
8. Функциональная дифференциация сенсорных систем и последующие нарушения моторной функции.
9. Изменение объёма лёгких, биомеханики дыхания и регуляции химиорецепторов.
10. Дисфункция иммунной системы.
11. Анемия от космического полёта (клеточная гипоксия).

До сих пор оставались неизвестными молекулярные механизмы, которые стоят за этими изменениями. Поскольку белки играют ключевую роль в процессах адаптации организма, то учёные решили изучить экспрессию белков, чтобы получить наиболее полную картину того, как человеческое тело приспосабливается к космосу. Для этого методом масс-спектрометрии был проведён количественный протеомический анализ 54 образцов плазмы, взятых у 18 космонавтов до и после полёта. Время пребывания космонавтов на орбите составляет 158 ± 15 дней, за исключением одного космонавта, который летал 429 дней.

Всего было проанализировано содержание 125 внеклеточных белков, известных как предполагаемые биомаркеры неинфекционных заболеваний. Технология позволяет подсчитать количество вещества в образце с точностью до одной молекулы. Это первый в мире относительно крупномасштабный протеомический анализ уровней белков в крови космонавтов как результат изменений после космического полёта.

Результаты измерений приведены в таблице.

Учёные выявили белки, концентрация которых осталась неизменной, а также белки, концентрация которых изменилась, но быстро вернулась к нормальному уровню (такому, который был до полёта). Самое главное, что были выявлены белки, концентрация которых очень медленно восстанавливалась после возвращения космонавта на Землю. Очевидно, они связаны с наиболее опасными и долговременными последствиями космических полётов.

Из всех исследованных белков изменился уровень у 19-ти. В основном, они связаны с окислительным стрессом, цитоскелетом, метаболизмом глюкозы и жиров, повреждением клеток и откликом для их восстановления, апоптозом (регулируемый процесс программируемой клеточной гибели), метаболизмом кальция/коллагена, переносом липопротеинов, клеточными функциями, деградацией белков, передачей сигнала и клеточным метаболизмом (энергетический обмен веществ в клетке).

«Исследование показало, что в условиях невесомости иммунная система ведет себя как при болезни, потому что организм человека не понимает, что ему делать, и включает всевозможные системы защиты, — сказал один из авторов исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Евгений Николаев. — В будущем мы планируем использовать целевой подход для выявления более специфических белков, ответственных за реакцию человека на космические условия. Для этого космонавты должны будут сдавать анализы крови на орбите».

Исследование влияния невесомости на организм очень интересно для науки. Любопытно, как организм реагирует на резко изменившиеся условия среды, сможет ли он приспособиться. Судя по результатам исследований, которые имеются к настоящему времени, организм не способен приспособиться к новым условиям за такой короткий промежуток времени, поэтому включает все защитные механизмы. Невесомость — действительно опасная штука.

Научная статья опубликована 15 августа 2017 года в журнале Nature Scientific Reports (doi:10.1038/s41598-017-08432-w).

Специалисты Института медико-биологических проблем Российской академии наук совместно с коллегами из Сколковского института науки и технологий и Университета Виктории (Ванкувер, Канада) изучили, как у 18-ти российских космонавтов изменилась экспрессия различных белков после полёта в космос. Это одно из немногих исследований того, какие именно молекулярные механизмы управляют физиологическими изменениями у человека в космосе.

По итогам многочисленных исследований, которые проводились в последние десятилетия, учёные перечисляют базовые изменения, которые происходят в организме в результате адаптации к космическим факторам:

1. Энергетический дисбаланс — когда энергетические расходы организма не возмещаются поступающей едой, что представляет серьёзную угрозу для многих физических процессов.
2. Отрицательный баланс воды и кальция, хотя баланс натрия, вероятно, положительный.
3. Деминерализация и изменение костной структуры.
4. Неэффективная терморегуляция.
5. Сдвиги биоритмов в выделении тепла, гормональной секреции и сердечной функции.
6. Реструктуризация контроля вазомоторики (изменение просвета кровеносных сосудов, особенно артерий) и дисфункция сосудистого эндотелия.
7. Мышечная гипотрофия, потеря тонуса и ухудшение силоскоростных показателей.
8. Функциональная дифференциация сенсорных систем и последующие нарушения моторной функции.
9. Изменение объёма лёгких, биомеханики дыхания и регуляции химиорецепторов.
10. Дисфункция иммунной системы.
11. Анемия от космического полёта (клеточная гипоксия).

До сих пор оставались неизвестными молекулярные механизмы, которые стоят за этими изменениями. Поскольку белки играют ключевую роль в процессах адаптации организма, то учёные решили изучить экспрессию белков, чтобы получить наиболее полную картину того, как человеческое тело приспосабливается к космосу. Для этого методом масс-спектрометрии был проведён количественный протеомический анализ 54 образцов плазмы, взятых у 18 космонавтов до и после полёта. Время пребывания космонавтов на орбите составляет 158 ± 15 дней, за исключением одного космонавта, который летал 429 дней.

Всего было проанализировано содержание 125 внеклеточных белков, известных как предполагаемые биомаркеры неинфекционных заболеваний. Технология позволяет подсчитать количество вещества в образце с точностью до одной молекулы. Это первый в мире относительно крупномасштабный протеомический анализ уровней белков в крови космонавтов как результат изменений после космического полёта.

Результаты измерений приведены в таблице.

Учёные выявили белки, концентрация которых осталась неизменной, а также белки, концентрация которых изменилась, но быстро вернулась к нормальному уровню (такому, который был до полёта). Самое главное, что были выявлены белки, концентрация которых очень медленно восстанавливалась после возвращения космонавта на Землю. Очевидно, они связаны с наиболее опасными и долговременными последствиями космических полётов.

Из всех исследованных белков изменился уровень у 19-ти. В основном, они связаны с окислительным стрессом, цитоскелетом, метаболизмом глюкозы и жиров, повреждением клеток и откликом для их восстановления, апоптозом (регулируемый процесс программируемой клеточной гибели), метаболизмом кальция/коллагена, переносом липопротеинов, клеточными функциями, деградацией белков, передачей сигнала и клеточным метаболизмом (энергетический обмен веществ в клетке).

«Исследование показало, что в условиях невесомости иммунная система ведет себя как при болезни, потому что организм человека не понимает, что ему делать, и включает всевозможные системы защиты, — сказал один из авторов исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Евгений Николаев. — В будущем мы планируем использовать целевой подход для выявления более специфических белков, ответственных за реакцию человека на космические условия. Для этого космонавты должны будут сдавать анализы крови на орбите».

Исследование влияния невесомости на организм очень интересно для науки. Любопытно, как организм реагирует на резко изменившиеся условия среды, сможет ли он приспособиться. Судя по результатам исследований, которые имеются к настоящему времени, организм не способен приспособиться к новым условиям за такой короткий промежуток времени, поэтому включает все защитные механизмы. Невесомость — действительно опасная штука.

Научная статья опубликована 15 августа 2017 года в журнале Nature Scientific Reports (doi:10.1038/s41598-017-08432-w).