Космос ускоряет старение клеток человека: исследователи зафиксировали активацию "темного генома"

Новое исследование, частично профинансированное NASA, показало, что космические полеты ускоряют старение человеческих стволовых клеток и запускают активацию так называемого "темного генома". Ученые впервые смогли проследить за поведением стволовых клеток в режиме реального времени в условиях микрогравитации, сообщает CNN.

Стволовые клетки являются универсальными элементами организма, которые способны восстанавливаться или превращаться в другие типы — от клеток крови до клеток мозга или костей. Они играют ключевую роль в поддержке иммунной системы и регенерации тканей, а их сбой может иметь серьезные последствия для здоровья человека.

"В космосе функциональность стволовых клеток снижается. Они фактически теряют способность к самовосстановлению, и это важно учитывать при подготовке длительных космических миссий", — отметила ведущий автор исследования Катриона Джеймисон, директор Института стволовых клеток Сенфорда и профессор медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Cell Stem Cell, проводился во время четырех миссий SpaceX по доставке грузов на Международную космическую станцию с конца 2021 года до начала 2023-го. Донорские стволовые клетки костного мозга пациентов, перенесших операции по эндопротезированию тазобедренного сустава, разместили в стерильных биореакторах, разработанных специально для полетов и размером с мобильный телефон.

На борту МКС клетки непрерывно контролировались системой искусственного интеллекта, которая отслеживала их состояние в режиме реального времени. В нормальных условиях эти клетки остаются "в спячке" 80% времени, однако в космосе они выходили из этого состояния, оставались активными и быстро истощались.

"Стволовые клетки проснулись, но не вернулись ко сну, и функционально истощились", — объяснила Джеймисон. "Если клетки истощаются под воздействием стрессовых условий, таких как микрогравитация, они не способны эффективно формировать надлежащую иммунную систему".

Часть клеток выдержала до 45 дней полета, однако в это время они потратили энергетические резервы, проявили признаки ускоренного старения и потеряли способность продуцировать новые клетки. На этом этапе у них начали активироваться скрытые участки ДНК, известные как повторяющиеся элементы или "темный геном".

"В стрессовых условиях активируются ретровирусы, которые интегрировались в наши геномы тысячи лет назад и составляют около 55% ДНК", — сказала Джеймисон. "Они запускают процесс истощения и загоняют стволовые клетки в ускоренное старение".

Исследователи отметили, что подобные процессы наблюдаются и в клетках пациентов с предлейкемическими расстройствами. Это может помочь понять механизмы развития лейкоза, а также открыть новые направления в терапии онкологических заболеваний.

Джеймисон, которая работала над девятью космическими миссиями, заявила, что следующие эксперименты сосредоточатся на поиске контрмер против ускоренного старения клеток. Для этого ученые планируют применять биореакторы как "аватары" для прогнозирования выносливости клеток и тестировать потенциальные медикаменты в будущих клинических испытаниях.

Предварительные результаты отдельного исследования свидетельствуют, что после возвращения на Землю стволовые клетки постепенно восстанавливают свою функциональность. Однако этот процесс может длиться около года, что указывает на долговременные последствия воздействия космической среды для здоровья астронавтов.

Луис Вилья-Диас из Оклендского университета в Мичигане добавил, что открытие может помочь разработать методы профилактики негативных эффектов космоса. Он подчеркнул, что подобные биомедицинские достижения могут быть полезными и для пациентов на Земле.

Елена Козлова из Уппсальского университета в Швеции напомнила, что не все исследования демонстрируют одинаковые результаты. В частности, ее работа с применением исследовательских ракет для микрогравитации показала повышение активности генов, связанных с ростом клеток, что может свидетельствовать о возможности омоложения отдельных их фрагментов в космосе.

NASA еще в 2010 году провело один из первых экспериментов в этой сфере — "Эксперимент по регенерации стволовых клеток" на борту шаттла Discovery. Тогда ученые исследовали, как микрогравитация влияет на эмбриональные стволовые клетки мышей, и заложили основу для дальнейших программ.

Будущие космические среды обитания станут более комфортными, безопасными и доступными, чем нынешняя Международная космическая станция. Вместо дорогих и громоздких конструкций, которые доставлялись по частям, новые модули разрабатываются как легкие, надувные или самосборные системы. Создание новых космических станций откроет возможности для долговременных миссий, новых научных исследований и даже космического туризма.