Science公布太空双胞胎实验结果之二：便携式DNA测序技术

　　与短途旅行相比，长期航天飞行生活会导致基因表达发生更多变化，尤其是免疫系统和DNA修复系统

　　

生物通报道：2015年，宇航员斯Scott Kelly和Mikhail Korniyenko送到国际空间站生活一年，从2015年3月开始，一共342天。他们的兄弟则在地球上工作，这是迄今为止最全面的针对人体太空飞行生活的研究。

4月，Science公布了一系列研究成果，其中Weill Cornell医学院负责的研究表明长期太空飞行会导致基因表达发生变化，这些变化比短途旅行要多得多，特别是免疫系统和DNA修复系统。

Christopher Mason博士领导了这项研究，作为十个调查小组之一，Mason博士等人分析了Scott和Mark Kelly这对双胞胎的遗传，生理和行为变化。

研究表明，在将近一年的太空生活中，Scott发生了颈动脉增厚，视网膜增厚，体重减轻，肠道微生物移位，认知能力降低，DNA损伤和基因表达发生改变等变化，并且染色体末端的端粒也延长了，但返回地球后，端粒延长则变成了加速缩短和损伤。

这一研究能帮助科学家更好地了解宇航员在长期太空旅行中所经历的变化。还可以帮助他们更好地治疗或预防长途太空飞行对宇航员健康造成的损害，未来美国宇航局准备对火星进行为期三年的探索。

“它为我们提供了未来宇航员的生物医学和分子路线图，”Mason博士说。

包括Mason等人在内的这十个调查研究小组是2014年3月被选中，他们只用了几个月的时间准备分析方案。

Mason等人也分析了Scott和Mark在Scott返回地球前6个月，返回地球后9个月的样品，他们希望能寻找造成DNA突变或损伤，哪些基因被打开或关闭的表观遗传变化。他们还观察了男性细胞产生的蛋白质的变化，评估这些变化如何影响健康。

众所周知，宇航员的基因会发生一些变化，例如涉及骨形成或DNA修复的变化，这是因为在重力作用下会发生骨密度降低，而且太空旅行会增加辐射暴露，导致DNA损伤。但这项研究也发现了一些新的变化，如线粒体基因活动的变化，这种变化会增加机体产能，还有免疫系统基因也出现了变化，这表明长期太空飞行可能会增加身体的压力。

此外，研究人员还还观察到血液中无细胞DNA部分会出现更多的线粒体DNA，这是细胞应激的指标。

“基因表达发生了巨大变化，在最后6个月，基因表达的变化比前半部分多出六倍，”Mason说。虽然Scott返回地球后许多变化有出现了逆转，但仍有些变化无法逆转，包括认知缺陷，DNA损伤和T细胞激活。

“我们还不知道这些变化是好还是坏，这可能只是身体的反应，但基因受到了干扰，所以我们跟踪它们，看看会存在多长时间，了解作用机制。”

这项研究还可以帮助地球上的患者，特别是那些经常发生显著遗传变化，和辐射照射的癌症患者。在地球上研究一个健康的人类，以及一个暴露在太空中巨大压力因素的人，可以让科学家们对压力的正常反应以及身体能适应压力的阈值有更深的了解。这可能有助于科学家区分身体的正常应激反应与癌症，感染或其他压力因素相关的病理变化。

同时，这项研究还提供给了大家一种有用的新工具，Mason博士团队创建了一种便携式DNA测序技术，宇航员利用这些技术对自己的DNA进行了测序。

2016年，在美国宇航局为期一年的生物分子测序仪任务期间，Mason博士及其同事证明DNA测序仪可以在国际空间站上运行。基于这一发现，他的研究小组在Nature Communications上发布了一种机器学习算法，介绍了这一技术的优势。

这种可在现场使用的便携式测序工具，现在正在帮助控制疾病爆发，包括西非的埃博拉和巴西的Zika。康奈尔科技公司的一家名为Biotia的公司，Mason作为联合创始人和股权持有人，将DNA测序仪推送到了几家国际医院，追踪感染，帮助开发更快的DNA检测方法。

“你不再需要等待数天或数周进行DNA测序和分析，你可以在几个小时内完成任务，无论是在地球上还是在国际空间站上。”

（生物通：万纹）