Законы генетики работают против теории относительности

В 2015 году эксперимент с участием американских астронавтов-близнецов Скотта и Марка Келли показал, что пребывание на МКС существенно сказалось на концевых участках хромосом их ДНК. Фото NASA

Великий физик Альберт Эйнштейн, предсказавший реальность гравитационных волн и линз, известен также формулировкой так называемого парадокса близнецов. Напомним его суть. Один из гипотетических близнецов находится на Земле. Другой движется в космическом пространстве. При увеличении скорости передвижения в космосе по какой-то причине он не стареет. В отличие от близнеца, остающегося на «тихоходной» Земле.

Тут приходит на ум «провидение» Константина Циолковского, который заявлял, что планета Земля суть колыбель человечества, но нельзя же «вечно жить в колыбели». Оба ученых, надо заметить, не были биологами.

Так или иначе эра космических полетов наступила, и ученые столкнулись с большим количеством проблем. Например, с тем, что кальций в условиях микрогравитации буквально вымывается из костей. К тому же убывает и мышечная масса – несмотря на ежедневные физические нагрузки и занятия. Поэтому людей после возвращения с орбиты сразу перемещают в специальные анатомические кресла – во избежание переломов в условиях резко возросшего тяготения.

Специалисты Киотского университета проверили, как ведут себя на орбите замороженные (cryo-preserved) стволовые клетки сперматогониев, из которых развиваются спермии. Дело в том, что геномы эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в условиях длительных космических экспедиций становятся нестабильными. Так, после полугода пребывания на Международной космической станции японцы не зафиксировали ускорение процесса апоптоза – запрограммированной смерти клеток. Явно выражены повреждения ДНК по сравнению с теми клетками, что оставались на Земле.

При этом в условиях космического полета было получено потомство мышей, вполне сохраненное по внешнему виду и поведению. Авторы полагают, что криосохранение стволовых герминативных клеток – спермиев и яйцеклеток – может стать приемлемым способом поддержания ресурса животных в ходе длительного космического полета.

Но ведь люди не грызуны, хотя их геномы и совпадают чуть ли не 80%. Еще в 2015 году был проведен известный опыт с двумя астронавтами-близнецами Скоттом и Марком Келли, первый из которых почти год провел на МКС. По его возвращении у первого в клетках крови было выявлено укорочение теломер (концевых участков хромосом, ДНК которых укорачивается с каждым делением) и присутствие признаков повреждения вещества генов.

Все это говорит о наличии клеточного стресса и о более выраженном клеточном старении. В норме постоянно повреждаемая клеточная ДНК активно восстанавливается благодаря специальным ферментам, мутации которых могут приводить к прогерии (патологическое преждевременное старение).

За прошедшее с тех пор десятилетие ученые обрели такие возможности, о которых и мечтать не могли их предшественники. Катриона Джеймисон из Калифорнийского университета в Сан-Диего работала с культурами стволовых клеток костного мозга (органа кроветворения). Они первыми испытывают на себе действие факторов среды на организм. Клетки культивировали по полтора месяца на МКС и в земных условиях, а затем сравнивали.

Оказалось, что на орбите, довольно хорошо защищенной магнитным полем Земли от космических излучений, клетки тем не менее «ускоряются» и быстрее стареют. Происходит это вследствие сокращения промежутков между делениями, а также сравнения длины теломер на молекулярном уровне.

Авторы этого исследования смогли и подробно прочитать полные клеточные геномы, чего не было сделано в 2015 году. Выяснилось, что в геномах накопились однобуквенные мутации (замена одного нуклеотида на другой), нарушающие стабильность генома.

В распоряжении исследователей была и программа AlphaMissence, с помощью которой можно оценить риски нежелательных проявлений тех или иных изменений в генах. Неприятный факт состоит в том, что именно стволовые клетки крови (HSPC – Hematopoietic Stem Progenitor Cells) накапливают в первую очередь мутации, грозящие непредсказуемыми последствиями. В качестве примера можно привести изменение одного нуклеотида, приводящее к замене аминокислоты глицина на валин, более 40 лет назад выявленное в клетках саркомы крыс (а потом и у человека).

Подобных изменений нет в их земных клетках-«близнецах». Возможно, что в кораблях длительного полета нужно будет оборудовать особо защищенные от действия зеро-гравитации и излучений банки крови, источники будущих ресурсов для гемоинфузий…