Den historiska NASA Twins Study undersökte identiska tvillingastronauterna Scott och Mark Kelly och gav ny information om hälsoeffekterna av att spendera tid i rymden.

Professor Susan Bailey vid Colorado State University var en av mer än 80 forskare på 12 universitet som forskade om läroboksexperimentet; Mark stannade kvar på jorden medan Scott kretsade högt ovanför i nästan ett år. Den massiva ansträngningen koordinerades av NASA:s Human Research Program.

Bailey har fortsatt sin NASA-forskning och ansluter sig nu till mer än 200 utredare från dussintals akademiker, regering, flyg- och industrigrupper kommer att publicera ett paket med 30 vetenskapliga artiklar i fem Cell Press-tidskrifter den 25 november.

Jared Luxton, som nyligen tog sin doktorsexamen i cell- och molekylärbiologi vid CSU, är första författare till två av studierna. Han är nu dataforskare vid United States Department of Agriculture i Fort Collins.

Forskningen - inklusive ett övergripande dokument som täcker vad utredarna har lärt sig om de grundläggande egenskaperna hos rymdflyg - representerar den största uppsättningen rymdbiologi och hälsoeffekter för astronauter som någonsin producerats.

För Bailey, det är också en milstolpe som markerar många års arbete med NASA, som inkluderade hennes huvudroll i grundläggande strålningsstudier och äran att bli utvald som utredare för tvillingstudien och samtidiga forskningsprojekt som involverade astronauter. Under denna tid, flera doktorander i hennes labb tog doktorsexamen under hennes mentorskap.

"Vi har nu en grund att bygga på - saker vi vet att leta efter hos framtida astronauter, inklusive telomerlängdsförändringar och DNA-skador, " sa Bailey. "Vi går framåt, vårt mål är att få en bättre uppfattning om underliggande mekanismer, av vad som händer under långvarig rymdfärd i människokroppen och hur det varierar mellan människor. Alla reagerar inte på samma sätt. Det var en av de bra sakerna med att ha den större kohorten av astronauter i dessa studier."

Att studera ändarna på kromosomerna, med konsekvenser för åldrandet

Bailey är expert på telomerer och strålningsinducerade DNA-skador, forskningsområden som var av stort intresse runt om i världen när tvillingstudien publicerades. I den studien, hon och hennes team fann att Scotts telomerer i hans vita blodkroppar blev längre när de var i rymden, och återvände därefter till nästan normal längd efter att han var tillbaka på jorden.

Telomerer är skyddande "lock" på ändarna av kromosomerna som förkortas när en person åldras. Stora förändringar i telomerlängden kan innebära att en person löper risk för accelererat åldrande eller de sjukdomar som följer med att bli äldre, hjärt- och kärlsjukdomar och cancer till exempel.

I den senaste forskningen, Bailey, Luxton, Senior forskarassistent Lynn Taylor och team studerade en grupp på 10 icke-relaterade astronauter, inklusive CSU alun Dr. Kjell Lindgren, jämföra resultaten med fynden från Kelly-tvillingarna. Forskarna hade inte tillgång till blod och andra prover under flygningen för alla besättningsmedlemmar, men Bailey sa att de hade blodprover före och efter rymdfärd för alla.

Undersökningarna involverade astronauter som tillbringade ungefär sex månader på den internationella rymdstationen i låg omloppsbana om jorden, som är skyddad från en del rymdstrålning. Trots skyddet, forskare hittade bevis på DNA-skador som kan vara varningstecken för potentiella hälsoeffekter.

Ny upptäckt av oxidativ stress

Bland de nya fynden, forskargruppen fann att kronisk oxidativ stress under rymdfärd bidrog till telomerförlängningen de observerade. De fann också att astronauter i allmänhet hade kortare telomerer efter rymdfärd än de hade tidigare. Teamet observerade också individuella skillnader i svar.

För att få mer insikt om dessa fynd, Baileys team studerade också tvillingklättrare som bestigit Mount Everest, en extrem miljö på jorden. De icke-klättrande tvillingarna stannade på lägre höjd, inklusive i Boulder, Colorado. Anmärkningsvärt, teamet hittade liknande bevis på oxidativ stress och förändringar i telomerlängd hos klättrarna.

Christopher Mason, docent vid Weill Cornell Medicine och en medförfattare med Bailey, utfört genuttrycksanalyser på Mount Everest-klättrare. Han hittade bevis på en telomerasoberoende, rekombinationsbaserad väg för upprätthållande av telomerlängd som är känd för att resultera i längre telomerer.

Bailey sa att när kronisk oxidativ stress uppstår, det skadar telomererna.

"Normala blodkroppar dör och försöker överleva, " sa hon. "De anpassar sig till sin nya miljö. Vissa celler kommer att aktivera en alternativ väg för att hålla sina telomerer igång. Det liknar vad som händer med vissa tumörer. Några av cellerna kommer från den processen. Det är vad vi tror att vi ser under rymdfärd också."

Luxton sa att mekanismen som beskrivs ovan - känd som alternativ förlängning av telomerer, eller ALT – var ett oväntat fynd.

"Du ser det vanligtvis vid cancer eller vid utveckling av embryon, " han sa.

Ta hand om dina telomerer

I likhet med slutsatserna från tvillingstudien, Bailey sa att de nya fynden har konsekvenser för framtida rymdresenärer som etablerar en bas på månen eller reser till Mars, eller till och med som rymdturist. Långvariga utforskningsuppdrag kommer att innebära ökad tid och avstånd utanför skyddet av jorden.

Även om längre telomerer i rymden kan verka som en bra sak, kanske till och med en "ungdomskälla, " Forskaren sa att hon misstänker ett något annorlunda slut på historien.

"Förlängd livslängd, eller odödlighet, av celler som har drabbats av rymdstrålningsinducerad DNA-skada, såsom kromosominversioner, är ett recept för ökad cancerrisk, " Hon sa.

Bailey sa att hon och teamet observerade ökade frekvenser av inversioner hos alla besättningsmedlemmar, under och efter rymdfärd.

"Telomerer återspeglar verkligen vår livsstil - oavsett om det är på eller utanför planeten, ", sade Bailey. "Våra val gör skillnad i hur snabbt eller hur väl vi åldras. Det är viktigt att ta hand om dina telomerer."