В частности, после возвращения на Землю у него фиксировались запредельные уровни антагониста рецептора интерлейкина-1 (IL-ra1) – важнейшего естественного противовоспалительного белка. То же касалось других цитокинов (интерлейкина-6, интерлейкина-10) и C-реактивного белка (CRP). Зашкаливал и цитокин CCL-2 (цитокины – это белки, служащие для передачи сигналов от одних клеток к другим), подтягивающий иммунные клетки к ранам или очагам инфекции.
Мы быстро прошерстили весь массив научной литературы, и в частности медицинские журналы: хотели выяснить, наблюдались ли у кого-нибудь показатели, близкие к этим. В особенности нас интересовал IL-ra1 (у Келли > 10 000 пг/мкл). Ближайшие значения по IL-ra1, которые нам удалось отыскать, наблюдались у пациентов, только что перенесших инфаркт миокарда (статья 2004 г., Patti и др.). Пиковые значения интерлейкина-10 фиксировались у пациентов, выживших после сепсиса.
Несмотря на дискомфорт, вызванный возвращением на Землю, Скотт почти сразу же отправился в бассейн, а в течение нескольких дней вернулся к нормальной жизни. Однако у него радикально изменился не только уровень этих биомаркеров. Изменения наблюдались в разных тканях – костях, крови, а также на уровне ДНК и РНК. Нам выпал беспрецедентный шанс изучить его организм во всех деталях – от каждого нуклеотида в генетическом коде до клеточных реакций во всем теле, вылившихся в фенотипические изменения. Большинство из этих показателей были новыми и ранее не измерялись даже у астронавтов. Келли был первым из астронавтов, которому составили полный генетический профиль (секвенировали геном), а также проверили другие характеристики (рис. 1.2). По этим данным мы старались предположить, что же происходит с человеком, прожившим год в космосе.
Рис. 1.2. Платформа для мультиомиксного отслеживания здоровья астронавтов в клиническом разрезе. Выделены представители четырех когорт, бывших под наблюдением: астронавты, онкобольные, пациенты, получавшие иммунотерапию, и обычные пациенты. В каждом примере подчеркнуты свои омические данные, которые могут использоваться при регулярном мониторинге и дальнейшем отслеживании. Молекулярные взаимодействия между омическими категориями показывают, что все эти измерения необходимо интегрировать в рамках единой платформы.
Ущерб для ДНК
Первым делом мы проверили, как на Скотта повлияла радиация. Жесткое излучение может повреждать ДНК, клетки, белки, а также нарушать работу механизмов, регулирующих функционирование клетки. Галактические космические лучи рождаются в звездах, т. е. за пределами нашей Солнечной системы. Кроме того, есть высокоэнергетические частицы, испускаемые нашим Солнцем. Оба этих потока частиц пронизывали тело Скотта. Подобно микроскопическим пулям, частицы оставляют за собой разрушения. Потоки этих частиц обычно состоят из высокоэнергетических протонов, ядер гелия, а также высокоэнергетических ионов, именуемых HZE-ионами, где H означает «высокий», Z – «атомный номер», а E – «энергия». Вредоносное воздействие таких лучей на организм астронавтов впервые наблюдали в 1969 и 1970 гг., когда Нил Армстронг, слетавший на Луну и обратно, специально обертывал лодыжки фольгой с чувствительным слоем, в котором оставались следы HZE-частиц. Рисунок на этих детекторах напоминал снимки столкновения атомов в ускорителях частиц. Правда, в данном случае «ускоритель» выстреливал HZE-частицы, а мишенью, к сожалению, было человеческое тело.
Как правило, днем HZE-частицы остаются незамеченными, но, когда на МКС Скотт закрывал глаза, погружаясь в сон, он видел вспышки света, будто у него под веками проносились падающие звезды. Истинной причиной такой волшебной иллюминации были как раз HZE-частицы, бомбардировавшие сетчатку и проходившие прямо через глаза. Вместо колыбельной Скотт мог засыпать под такой прекрасный фейерверк, но расплачиваться за это приходилось сетчаткой, на которой не оставалось живого места [3].
Учитывая это, мы волновались, что же обнаружится в организме Скотта после столь долгого полета. Как оказалось, нас ждали сюрпризы. Например, мы ожидали, что его теломеры под действием излучения и стресса, сопряженного с космическим полетом, будут рваться и укорачиваться (теломеры – это концевые участки хромосом, которые, как правило, укорачиваются при старении организма). Кроме того, на длину теломер влияет рацион и уровень стресса. По мере исчезновения теломер хромосомы теряют стабильность, что, в свою очередь, активизирует старение на молекулярном уровне. Доктор Сьюзен Бейли как раз занималась этим вопросом, и мы отправили ей в лабораторию часть анализируемой нами ДНК, а также позаимствовали у нее лабораторные образцы – для контроля.
Неожиданные эффекты космического полета
Как ни странно, теломеры у Скотта за время пребывания в космосе удлинились, что полностью противоречило нашим ожиданиям. Мы перепроверили оба контрольных набора ДНК – из лаборатории Бейли и из нашей – и убедились, что теломеры действительно стали длиннее. Наиболее выраженным это явление оказалось в одном из типов иммунных клеток, так называемых T-клетках (преимущественно в T-клетках категории CD4+, также такие изменения прослеживались в клетках категории CD8+). Менее выраженное удлинение теломер наблюдалось в B-клетках (категория CD19+). Поскольку эти результаты подтвердились на множестве реплицированных образцов, вытяжек, в разных лабораториях и с применением разных методов (флуоресцентная гибридизация in situ, ПЦР, нанопоровое секвенирование), мы сочли результаты корректными.
Однако сразу же возникли вопросы «как?» и «почему?». Мы изучали другие собранные данные, пытаясь осмыслить эту аномалию. Процесс поддержания теломер обычно коррелирует с потерей веса, а Скотт за время экспедиции похудел примерно на 7 % – поскольку условия работы на МКС очень суровые. Помимо прочего, он ежедневно делал зарядку, питался продуктами с улучшенными питательными свойствами, не употреблял алкоголь. Можно сказать, что в космосе у него был более здоровый образ жизни, чем на Земле. Кроме того, с поддержанием теломер связан метаболизм фолиевой кислоты, а уровни фолиевой кислоты в крови Скотта за время полета также выросли. За время экспедиции Скотт подрос на 5 см. Кроме того, в космосе скорость его движения была ближе к скорости света, чем на Земле.
Когда мы обнародовали эти результаты, многим они показались захватывающими, и нас спрашивали: «Так что же, в космосе скрыт источник молодости? Можно ли подрасти и омолодиться, если слетать в космос?» В каком-то смысле – да.
Во-первых, требовалось изолировать все переменные и учесть, а что еще произошло со Скоттом. Взять, например, фактор приближения к скорости света: Скотт во время полета перемещался в среднем со скоростью 7,68 км/c. Это достаточно много, чтобы на человеческом организме начали сказываться эйнштейновские релятивистские эффекты и замедление времени. Чем ближе к скорости света та скорость, с которой движется объект, тем сильнее замедляется время. Для движущегося объекта время течет медленнее, чем для других объектов, находящихся в стационарной системе координат. Это явление зависит от нескольких факторов, которые можно вводить в уравнение Эйнштейна/Шварцшильда, предполагая, что:
1. dr = 0 (мы остаемся на окружности с неизменным радиусом) и df = 0 (остаемся в одной и той же орбитальной плоскости);
2. МКС движется со скоростью 7,68 км/c, а радиус орбиты МКС составляет 400 км от поверхности Земли;
3. Изменения, произошедшие с Марком Келли (dtMK), остававшимся на Земле, относительно изменений со Скоттом Келли (dtSK), находившимся на МКС.
В полном уравнении также содержатся координаты кошироты (тета), скорость света (c), а также гравитационная метрика между двумя сферами. Уравнение в целом выглядит так:
