29 oktober 2020

Tweeling onderzoek bij astronauten Mark en Scott Kelly levert opmerkelijke resultaten 

De NASA astronauten Mark en Scott Kelly (21 februari 1964, Orange, New Jersey, VS) zijn een eeneiige tweeling van 55 jaar oud. Beiden hebben geruime tijd in het ISS doorgebracht. Scott in totaal wat langer (543 dagen in totaal, 4 missies) dan Mark (54 dagen, 4 missies). NASA heeft de afgelopen twee jaar 10 onderzoeksteams ingezet om uitgebreid fysiologisch onderzoek te doen op deze tweeling astronaut dat, zo is recent gebleken, opmerkelijke resultaten opleverde. Voor fysiologisch* onderzoek in de ruimtevaart ligt het voor de hand om vergelijkbaar studiemateriaal te kiezen. Een tweeling is daarvoor ideaal. NASA voerde dan ook een uitgebreide studie uit om de genen en algehele fysiologische toestand van Mark en Scott Kelly te vergelijken. Scott ging een jaar de ruimte in en Mark fungeerde als vergelijkingsmateriaal hier op aarde.

NASA astronauten Mark (l) en Scott Kelly credits; NASA / New Atlas

DNA telomeren en griepvaccin

Dat een verblijf in de ruimte flink invloed heeft op het functioneren van het menselijk lichaam zal voor niemand een verrassing zijn. Straling, micro graviteit, een gesloten leefomgeving enz. leveren soms milde en soms behoorlijke lichamelijke ongemakken en aandoeningen op. Dit varieert van  een grotere gevoeligheid voor infecties tot een sneller proces van botontkalking (osteoporose). Scott Kelly ging verspreid over 2015-16 voor 340 dagen de ruimte in. Mark, toen reeds gepensioneerd astronaut, wijdde zich op aarde aan zijn dagelijkse bezigheden. Van beiden werd hun fysieke toestand door deze periode heen nauwkeurig gedocumenteerd.  De gespecialiseerde NASA teams bestudeerden intensief de gebroeders Kelly fysiologie, op aarde, tijdens de ruimtevlucht en verder uitlopend nog zes maanden na Scotts terugkeer op aarde. Een van de meest in het oog springende en interessante bevindingen betrof Scotts ‘telomeren’**. Deze secties DNA zitten aan de top van het chromosoom en beschermen DNA tegen schade zodra de cellen zich gaan delen. De vergelijking van deze telomeren met de plastic eindjes aan het eind van een schoenveter zijn een aardige analogie. De telomeren worden steeds korter als mensen ouder worden – maar het vreemde was dat de telomeren bij Scott steeds langer werden in de ruimte. In de weken na de landing op aarde werden ze weer aanzienlijk korter, totdat ze uiteindelijk weer op hun ‘normale’ lengte waren gekomen. Marks telomeren daarentegen bleven al die tijd stabiel. Dit is exact het omgekeerde dan wat de onderzoekers hadden verwacht aan te treffen en kan bijzondere implicaties hebben voor wat betreft het verouderingsproces in de ruimte. Een andere opmerkelijke bevinding was ook dat het griepvaccin bleek aan te slaan in de ruimte. Dit was ook nog een zaak waarover de onderzoekers de nodige twijfels hadden. Scott was de eerste persoon ooit om een vaccin toegediend te krijgen in de ruimte. Zijn immuunsysteem respondeerde zoals het hoorde. Ook dit is voor toekomstige ruimtereizen waarin het toedienen van vaccins een grote rol zal krijgen van belang in het gehele geneeskundig protocol.

Gen expressie

Genexpressie*** kwam ook bij Scott en Mark anders tot uiting. Waar het verblijf in de ruimte genactiviteit deed veranderen, waarvan 90 procent weer zijn normale activiteit aannam zodra de astronaut terug op aarde was, maar voor zo een zeven procent hield deze verandering langer stand dan zes maanden. Deze veranderingen in genexpressie kunnen worden gekoppeld aan veel van de andere bevindingen in het onderzoek. Er werd ook DNA-schade geconstateerd, die NASA wijdt aan de blootstelling aan straling. Scott’s cognitieve*** vaardigheden bleken relatief onveranderd tijdens zijn tijd in de ruimte, maar interessant genoeg ervoer hij een afname in snelheid en nauwkeurigheid van cognitie na zijn terugkeer naar de aarde, die bleef bestaan voor de periode van zes maanden. Maar NASA stelt dat dit een gevolg zou kunnen zijn van het opnieuw aanpassen aan de zwaartekracht van de aarde en de spanningen van een druk schema achteraf. Misschien was het niet vreemd dat Scott’s darm microbioom (totaal micro-organismen in het lichaam, bacteriën, gisten enz.) tijdens de vlucht drastisch anders was dan voorheen. Dit komt waarschijnlijk door het zeer verschillende dieet dat astronauten moeten eten, waaronder voornamelijk gevriesdroogd voedsel. Wat echter niet bekend was, was of deze veranderingen nadien op de lange termijn mogelijk waren, maar gelukkig bleek uit de studie dat het microbioom binnen zes maanden weer normaal werd. De gegevens kunnen helpen bij het informeren van veranderingen in astronautenvoedingen die gezondere darmbacteriën bevorderen. Onder de vele andere gezondheidseffecten die werden waargenomen in Scott, vond het team bewijs van wand verdikking van de halsslagader, verhoogde niveaus van het eiwit AQP2 – dat mogelijk een rol speelt bij de visie van astronauten – en andere epigenetische (het onderzoek naar erfelijke veranderingen in gen-functie zonder dat de moleculaire DNA-structuur verandert) veranderingen. De verzamelde data zal zeker nog voor de komende tientallen ruimtemissies van groot nut zijn. Dit betreft informatie over diëten, beweging, vaccins, en verdere voorzorgsmaatregelen met betrekking tot de gezondheidstoestand van de astronauten. Meer algemeen zal de data ook van nut zijn voor geneeskundig onderzoek hier op aarde, inclusief nieuwe behandelingen voor ziekten en een beter inzicht in het proces van ouder worden.Bronnen; New Atlas / NASA / Kennisbank DNA

The NASA Twins Study; ‘A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight’, Francine E. Garrett-Bakelman e.a. Science, 12 april 2019,

* Fysiologie; biologische wetenschap die de levensverrichtingen (zoals de stofwisseling) van een organisme bestudeert.
** Telomeren; bestaan deels uit dubbelstrengig en deels uit enkelstrengig DNA, ingekapseld in beschermende eiwitten, en zit aan het uiteinde van een chromosoom. Oude cellen hebben chromosomen met een korter telomeer dan jonge cellen. Kortere telomeerlengte is geassocieerd met een hoger risico op hart- en vaatziekten en verouderingsziekten in het algemeen, maar het is nog onduidelijk of dit een oorzakelijk verband is.Een telomeer is te vergelijken met het plastic uiteinde van een veter (nestel). Bij iedere deling rafelt het uiteinde een stukje uit en uiteindelijk kan de cel niet meer delen en sterft. Menselijke cellen bereiken dit stadium na zo’n vijftig, zestig delingen. Als de telomeerlengte behouden blijft, kan de cel zich blijven delen zonder dood te gaan.
*** Genexpressie; is het proces waarbij informatie in een gen ‘tot expressie komt’ doordat het gen afgelezen wordt en RNA en eiwitten worden gemaakt.Het expressie-proces bestaat uit twee belangrijke stappen: transcriptie (het overschrijven van DNA in mRNA) en translatie (het vertalen van mRNA in eiwit). Elke cel bevat exact dezelfde genen, maar lang niet alle genen zijn in alle cellen actief. Elk type cel heeft een eigen patroon van genexpressie. In de ene cel komen genen tot expressie die de cel tot een zenuwcel maken; in een spiercel zijn die genen ‘stil’ en zijn weer hele andere genen actief. Cellen zijn zo gespecialiseerd. Welke genen wel, en welke genen niet tot expressie komen, wordt gereguleerd door een zeer complex systeem, waarin regulatorgenen een grote rol spelen. Daarnaast zijn epigenetische aspecten en omgevingsfactoren (zoals andere cellen in de omgeving, zwaartekracht, concentraties van voedingsstoffen…) belangrijk.Genen kunnen dus ook meer of minder actief zijn als reactie op de omgeving. Dat fenomeen noemen we fenotypische plasticiteit: het genotype van twee individuen kan hetzelfde zijn, maar het fenotype verschilt onder invloed van de omgeving.
*** cognitie; is de mentale activiteit en het proces van kennisverwerving door waarneming en het verwerken van de daarmee opgedane informatie door het denken. Een sterke cognitie draagt bij tot het vermogen tot probleemoplossing en besluitvorming.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.