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双胞胎开启太空生物学研究新领域
来源:中国科学报     日期:2015年04月20日    字体:【】【】【

当美国宇航局(NASA)宇航员Scott Kelly于3月28日在国际空间站启动一项为期一年的研究任务时,他还将开启另外一项史无前例的研究——人类在太空中产生的生物学变化。

研究人员将收集Kelly的基因组学、分子学、生理学以及其他方面的数据,并把它们与Kelly生活在地球上的同卵双胞胎兄弟——已退休宇航员Mark Kelly的相关数据进行比较。兄弟两人之间的数据差异或将揭示人体如何适应极端环境。

但这项花费150万美元的双胞胎研究的结果或许永无公开发表之日。Kelly兄弟现正在测量他们的全基因组序列,然而如果他们发现了不愿公开的敏感医疗信息,如对一些特殊疾病更为敏感,这些结果可能永远不会被发表。

“这是如此全新的领域,我们预料不到会发生什么。”NASA得克萨斯州休斯敦约翰逊航天中心人类研究项目副首席科学家Craig Kundrot说。

此次的双胞胎研究很有可能会比NASA另一项广泛传播的对宇航员John Glenn的监测收获更多有价值的数据。今年77岁的Glenn曾在1962年绕地球飞行,并在36年后再次乘航天飞机飞行。对其衰老身体的研究仅仅可以表明,他可以适应太空压力。但如果在地面上拥有一个基因相同的同卵双胞胎,并在较长时间后进行取样分析,“那么可以给我们提供更有说服力的资料。”伊利诺伊州西北大学神经生物学家Martha Vitaterna说。

Kelly兄弟的研究将是世界上首次对两名基因完全相同的人类进行的对比研究,其中一人将会在相当长的时间内暴露在太空辐射和接近零引力的空间环境中。“尽管只有一对双胞胎,但我们将会在飞行前、飞行中和飞行后对他们进行观察。”科罗拉多州立大学辐射生物学家Susan Bailey说,“最终,我们将会有足够优质的数据,可以作出一些统计学上的重要结论。”

并未参与此项研究的挪威奥斯陆公共卫生研究所从事双胞胎研究的遗传流行病学家Jennifer Harris表示,通过观察哪些基因在轨道中被开启或关闭,研究人员可以更好地理解产生生理学变化基因通路的基础。医生可以用更广泛的视角去解决与衰老或疾病相关的普遍问题。“在双胞胎研究领域,这项研究可能产生影响深远的结果。”Harris说,但其前提是研究结果得到发表。

NASA和俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)一直以来都在研究人体如何适应宇宙飞行。但此次的双胞胎研究却是第一次把相关研究引入现代基因组学时代。科学家不仅会对Kelly兄弟的全基因组进行测序,而且还会检测他们的基因表达、基因标记、染色体缩短情况以及其他健康与衰老方面的细微量变。

“这项研究代表着迄今为止,对人类进行的最全面的基因分子谱检测。”纽约威尔康奈尔医学院遗传学家Christopher Mason说,“而且它是对双胞胎的基因检测。”

这项研究的最初想法来自于Kelly兄弟两人。此前,Scott已在太空飞行了180天左右,现在他和俄罗斯宇航员Mikhail Kornienko将在地球轨道上度过整整一年。(宇航员Gennady Padalka也将和他们一起飞往太空,不过他将在那里度过6个月——这将打破目前人类在太空累计生活的最长时间纪录:803天。)

在2011年退休之前,Mark Kelly曾乘坐航天飞机进行过4次相对较短的太空飞行,时间合计54天。未来,当Scott返回地球时,他在太空中停留的时间将达到Mark的10倍左右。

未来,可以用在太空中生活时间的长短来区分两兄弟。“(Mark)在太空中的经历在很多方面都和我不同。”Scott Kelly在接受《自然》采访时说,“他在那里生活的时间仍然不足以让他产生适应感,并在感觉上接近正常生活。而我则会适应太空生活。”

目前,两兄弟已经捐出了一些样本,包括血液、唾液、尿液以及粪便;未来,Scott在太空生活的整个时间以及返回地球之后,还会对这些样本进行定期采样。目前,两人正在对相关发现带来的潜在影响接受遗传咨询,两人所有的全基因组信息将仅对参与研究的10位主要研究人员公开,并且未经过兄弟二人同意则不得发表。

采集基因信息对于未来宇航员来说具有重要意义。例如,如果一名宇航员的基因显示他或她容易受到宇宙电离辐射生物学效应的影响,这样的信息将会影响NASA送谁去太空的决策。

未来,Mason将研究Kelly两兄弟DNA和RNA中的化学标记,或是甲基化。“竟然有两名双胞胎兄弟加入了生物控制学研究的这一领域!”他说,“没什么比它更让我兴奋的了。”(冯丽妃)

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