宇航员 DNA 发生神秘突变 科学无法解释

作者：沃登医学 来源： 日期：2017-03-16 09:40

    据大西洋月刊报道，斯科特·凯利（Scott Kelly）与马克·凯利（Mark Kelly）是同卵双胞胎，兄弟俩人无论是外貌还是身形都十分接近，而且他们都是美国宇航局的宇航员。然而在斯科特被送入太空 1 年后，两人之间出现了明显的差异。美国科学家正通过双胞胎来研究太空环境对人体所产生的影响，结果让他们大吃一惊。
克里斯·马森（Chris Mason）从未见过斯科特，但他了解后者 DNA 的所有秘密。马森是纽约市威尔 - 康奈尔医学院的遗传学家，也是参与美国宇航局双胞胎研究的专家之一。他们研究的重点是太空环境对人体产生的影响。2015 年，斯科特前往国际空间站执行 340 天任务，而他的双胞胎兄弟马克则留在地球上工作。几个月来，两兄弟定期接受抽血测试。斯科特的血液样本会搭乘俄罗斯联盟号被送回地球。马森说：“晚上睡觉前，我会看下 Twitter，发现斯科特上传了更多从太空拍摄的绝美地球照片。这时，我不禁笑着想，他放在我冰柜中的 DNA 肯定感觉很舒适。”
    事实上，凯利兄弟首先提出要对他们自身进行研究的建议，并向美国宇航局申请。他们是同卵双胞胎，或许分别在太空或地球上时，可以在他们身上进行某些科学实验以进行对比。美国宇航局同意了这个请求，并推出研究建议。2014 年，美国宇航员挑选了 10 个团队，并向他们提供 3 年总额为 150 万美元的资金扶持。2016 年 3 月份，斯科特重返地球。从那时开始，研究人员不断收集他的各种样本，寻找其因在太空极端环境中生活和工作，体内基因发生改变的证据。
然而，这项研究属于“单病例随机对照试验”，为此可能存在许多未知影响。任何可察觉的变化可能都是随机机会的结果，或者是试验差异的结果。但是无论这项研究产生什么样的结果，它们不可能对宇航员进行一概而论，更不适合推及到地球上的全部人口中。到目前为止，得到的结果都是初步的。10 支团队将利用接下来的几个月时间，分析和对比他们各自的数据集。马森、范伯格（Feinberg）等人正研究基因活动，其他科学家则在研究视力和免疫系统反应。遗传学家已经获得凯利兄弟的部分数据，并保留发布任何信息的权力。毕竟，DNA 攸关个人核心的隐私。
    一项惊人的发现与太空旅行无关。凯利兄弟以为，他们完全是爱尔兰血统。但基因组测序显示，他们的根也在英国。其余的发现让研究人员感到困惑。负责为凯利兄弟的基因组进行排序的马森认为，微重力可能诱使斯科特基因表达信号中出现某些分子变化，这些信号的“开关转换”会指引基因行为。当人类经历睡眠、压力以及饮食变化后，通常会出现类似改变。马森表示，出乎意料的是，多少类似变化能被记录下来。马森及其团队目前正对比斯科特的 RNA 排序数据，目标是发现“太空基因”存在的证据。研究人员认为，只有人类进入微重力环境下，这种 DNA 才会被激活。
    科罗拉多州立大学辐射细胞遗传学家苏珊·贝利（Susan Bailey）正在研究凯利兄弟的端粒，也就是染色体末端的“保护帽”，可以确保细胞分裂时，染色体被正确复制。贝利认为，长期暴露在辐射、微重力以及其他太空相关压力下，可能会导致斯科特的端粒变短。在地球上，端粒会随着人体衰老而损失，在压力增加时加速损失。而在太空中，人体受到压力更大。没有重力牵引，骨密度会下降，视力下降。当体液上浮时，人的大脑会有阻塞感觉。贝利还人为，太空飞行会让斯科特的端粒在压力条件下萎缩。
然而，这些现象都没有发生。相反，斯科特的端粒有增长趋势。在返回地球短短几个月后，他的端粒长度又重新回到前往太空前的状态。贝利说：“这是真的吗？我认为，这可能是你脑海中首先产生的疑问。”贝利不清楚斯科特的端粒为何违反了逻辑。对其他 10 名美国宇航局宇航员进行测试显示，他们的端粒也有所加长。或许在某些细胞中的短端粒，对太空环境非常敏感。人类进入太空后，它们就会消失，而更长的端粒则会保留下来。或许微重力导致端粒酶活跃起来，加入更多核苷酸，促使端粒延长。贝利表示，这些说法都存在争议。通过维持健康的生活方式，端粒的长度可以维持，比如良好的饮食和锻炼。但是延长人类身上的端粒从来都没有令人信服的证据。
更长端粒也是长寿的标志。贝利表示：“你可能首先会想，这是好事儿啊，我们可以更加长寿。但硬币总有正反面，端粒延长也会增加患癌风险，因为恶性肿瘤首先要做的就是让端粒边长，并维持端粒长度，以便于延长他们的生命。”
    对于美国约翰斯 - 霍普金斯大学遗传学家安迪·范伯格（Andy Feinberg）带领的团队来说，他们对凯利兄弟 DNA 甲基化进行研究也获得了神秘发现。DNA 甲基化实际上就是细胞控制基因表达的机制。在斯科特前往太空前，凯利兄弟的 DNA 甲基化都很正常，且十分相似。但当斯科特进入太空后，他的 DNA 甲基化平均水平就开始下降，马克的反而在上升。但在太空任务结束后，他们的 DNA 甲基化水平都回到常态。范伯格本人也曾申请过宇航员，但他不清楚 DNA 甲基化变化的影响，包括摄取营养、暴露于辐射或中毒等因素，都可能影响 DNA 甲基化，但底线是特定基因处于正确水平，无论是你的眼球或肠道细胞。
马森、贝利以及范伯格都谨慎地指出，他们的研究不合适推向普通大众，也无法完全解释清楚，毕竟有太多影响因素。范伯格说：“你怎么知道在太空、微重力环境或被关在盒子里 1 年会改变睡眠模式？”尽管如此，这项研究还是首次发现了在普通实验室中无法发现的特殊之处。举个例子来说，运送取样设备成本非常昂贵，因为每向国际空间站运送 1 千克的货物，都可能需要数万美元。在空间站中，除了斯科特及其同伴，没有专业的医务人员进行血液分析。研究人员做的后一件事就是大量抽取斯科特的血液，让他在无法坐下的环境中处于眩晕状态。
2015 年 6 月份，美国太空科技探索公司 SpaceX 的猎鹰 9 号火箭起飞后爆炸，摧毁了大量补给品，包括马森和范伯格的设备。但这些研究人员拥有特权：当联盟号飞船将样本带回地球后，会被立刻送上政府的飞机，从哈萨克斯坦运到休斯顿，中间无需停留。范伯格说：“我们从太空中获得血液的速度，比美国任何地方都快。”
    无论是美国宇航局进行的研究还是监督宇航员的健康状态，科学家们必须了解人体对长期太空飞行的反应，然后才能支持人类前往火星。如果科学家找出引发表观遗传改变的原因，或许就可以阻止或逆转它们。范伯格说：“如果要将马克·沃特尼（Mark Watney）放逐到火星上，他可能需要种些新的东西吃，或感染些某些可能杀死他的东西。”