Studie naar astronautentweeling wijst op subtiele genetische veranderingen door ruimtereizen
Mark Kelly, rechts, is ongeveer zes minuten ouder dan zijn eeneiige tweelingbroer Scott.Credit: NASA/Alamy
De astronauten Scott en Mark Kelly, een eeneiige tweelingbroer van NASA, zijn weer bijna identiek. Dat is het oordeel van een onderzoek dat bijhield hoe het lichaam van Scott veranderde tijdens een bijna jaar durende ruimtevlucht in 2015-16, terwijl Mark op aarde bleef. Veel van de genetische, biochemische en andere veranderingen die Scott hadden beïnvloed, verdwenen grotendeels zodra hij terugkeerde uit de ruimte, rapporteerden onderzoekers op 11 april in Science1.
Omdat de studie slechts twee mensen betreft, zullen de bevindingen waarschijnlijk niet breed toepasbaar zijn op andere astronauten. Maar NASA hoopt de informatie te gebruiken om toekomstige studies naar de gezondheid van astronauten te begeleiden, waaronder geplande experimenten waarbij drie groepen van tien astronauten de ruimte in worden gevlogen voor intervallen van respectievelijk een jaar, zes maanden en twee tot drie maanden.
Het agentschap werkt ook aan de terugkeer van astronauten naar het maanoppervlak in 2024, een doel dat vorige maand door de regering van president Donald Trump werd aangekondigd. Begrijpen hoe het menselijk lichaam reageert op ruimtevluchten op de lange termijn zal van cruciaal belang zijn om die astronauten gezond te houden.
“De wens van de regering om vooruit te komen heeft wat meer urgentie gegeven aan het basisprogramma voor levenswetenschappen om te proberen deze dingen zo snel mogelijk te begrijpen,” zegt Stuart Lee, die astronautenfysiologie bestudeert bij het aannemersbedrijf KBRwyle in Houston, Texas.
Natuurlijk experiment
Tientallen jaren hebben onderzoekers bestudeerd hoe de lage-zwaartekracht, hoge-stralingsruimte-omgeving het menselijk lichaam beïnvloedt. Met Scott en Mark Kelly had de NASA een ongekende kans om twee mensen te vergelijken die bijna dezelfde genetische informatie en vergelijkbare levenservaringen hebben. Scott heeft tijdens het onderzoek 340 opeenvolgende dagen in het internationale ruimtestation gevlogen en heeft een totaal van 520 dagen in de ruimte doorgebracht. Mark heeft 54 dagen in de ruimte gevlogen, verdeeld over vier relatief korte space-shuttlevluchten.
Tien onderzoeksteams hebben de tweeling gedurende 25 maanden onderworpen aan een reeks tests, waaronder het nemen van bloed-, urine- en ontlastingsmonsters voor, tijdens en na de ruimtevlucht. “De studie van de tweeling is het meest uitgebreide overzicht dat we ooit hebben gehad van de reactie van het menselijk lichaam op een ruimtevlucht,” zegt Susan Bailey, een bioloog stralingskanker aan de Colorado State University in Fort Collins. Mark at, dronk en deed wat hij wilde, terwijl Scott aan boord van het ruimtestation onderworpen was aan een streng dieet en bewegingsregime.
Scott’s lichaam onderging een aantal veranderingen die meestal weer ongedaan werden gemaakt toen hij eenmaal op aarde was. Het ging onder meer om veranderingen in genmarkers die verband houden met stress, misschien vanwege de verandering van omgeving, zegt Andrew Feinberg, een geneticus aan de Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, Maryland.
Subtiele veranderingen
Een genetische verandering die grotendeels bleef bestaan zes maanden nadat Scott op aarde was teruggekeerd, had betrekking op zijn chromosomen. Delen ervan waren omgekeerd, of omgekeerd aan de uiteinden. Dat leidt tot DNA-schade en kan in verband worden gebracht met de grote hoeveelheden straling die hij in de ruimte heeft opgelopen.
Vele van de kapjes aan de uiteinden van de chromosomen van Scott, telomeren genaamd, zijn tijdens de ruimtevlucht op mysterieuze wijze ook langer geworden, aldus Bailey. Dat is het tegenovergestelde van wat ze had verwacht, want telomeren worden korter naarmate men ouder wordt, en ruimtevluchten belasten het lichaam op dezelfde manier als veroudering dat doet. Scott’s telomeren verkortten binnen 48 uur na zijn terugkeer op aarde en zijn nu grotendeels terug op hun lengte van voor de vlucht, hoewel hij nu meer korte telomeren heeft dan voor de vlucht. Dat zou zijn risico op hart- en vaatziekten of bepaalde vormen van kanker kunnen verhogen, aldus Bailey.
De Kelly’s zijn beiden met pensioen bij de NASA. Scott heeft geschreven en gesproken over zijn tijd in de ruimte. Mark is kandidaat om Arizona te vertegenwoordigen in de Amerikaanse Senaat, in een verkiezing die volgend jaar zal plaatsvinden.