Синтетическая гибернация может обеспечить защиту от космического излучения

Это пока взгляд в будущее: астронавтов можно было бы вводить в искусственную спячку и в таком состоянии лучше защищать от космической радиации. В настоящее время уже существуют многообещающие подходы к реализации таких соображений.

Международная исследовательская группа во главе с отделом биофизики GSI Helmholtzzentrum в Дармштадте нашла убедительные доказательства возможных преимуществ искусственной гибернации для радиация сопротивление. Партнеры по исследованию из Германии, Японии, Италии, Великобритании и США недавно опубликовали свои результаты в Научные отчеты.

Ученые называют состояние, в которое впадают впадающие в спячку животные, оцепенение. В этом состоянии снижаются жизнеобеспечивающие функции организма: снижается температура тела, снижается обмен веществ и такие функции организма, как частота сердцебиения и частота дыхания или поглощение кислорода значительно замедляются.

В молекулярный уровень, активность генов и биосинтез белка также снижаются в более медленном темпе. В опубликованном исследовании синтетического оцепенения (т. е. своего рода искусственно созданной гибернации) и защиты от ионизирующего излучения ученые продемонстрировали биологические эффекты предполагая, что синтетическое оцепенение увеличивает устойчивость к радиации. Доказательство, которое может быть очень полезным для астронавтов в долгосрочной перспективе.

Космическая радиация признана одним из основных рисков для здоровья освоение космоса человеком. Вредное воздействие космической радиации представляет собой серьезную проблему, особенно для будущих долгосрочных миссий. Большая часть дозы радиации, поглощаемой экипажами в пилотируемых межпланетных полетах, производится галактическими космическое излучение (GCR), высокоэнергетические заряженные частицы, в том числе плотно ионизирующие тяжелые ионы, образующиеся в далеких галактиках.

Энергия этих частиц настолько высока, что экранирование космического корабля не может их остановить и приводит к мощности облучения, более чем в 200 раз превышающей радиационный фон на Земле в течение очень длительного периода. По этим причинам изучаются меры радиационного противодействия для будущих миссий.

«Связь между оцепенением и радиорезистентностью представляет собой весьма инновационный исследовательский подход. Наши результаты показывают, что синтетическое оцепенение является многообещающим инструментом для усиления радиозащиты в живых организмах во время длительных космических миссий. Таким образом, это может быть эффективная стратегия чтобы защитить людей, исследующих Солнечную систему», — резюмирует профессор Марко Дюранте, глава отдела биофизики GSI.

Уже известно, что в этом состоянии животные, впадающие в естественную спячку, приобретают радиорезистентность. Тем не менее, недавнее исследование имеет такое важное значение, потому что это первый случай, когда у не впадающего в гибернацию животного (крысу) было вызвано биологическое состояние, подобное гибернации, и может быть доказана радиорезистентность к высокоэнергетическим тяжелым ионам.

В экспериментах в японском Медицинском центре тяжелых ионов Университета Гунма ускоренные ионы углерода использовались для имитации излучения в космосе. Другие эксперименты с клетками in vitro проводились в кампусе GSI/FAIR в Дармштадте и были частью экспериментального периода фазы 0 FAIR.

Основные результаты исследовательской группы после облучения и индукции синтетического оцепенения подтвердили гипотезы: Синтетическая гибернация может оказывать защитное действие на смертельную дозу ионов С-иона. Кроме того, синтетическая гибернация снижает повреждение тканей от тотального облучения организма.

Кроме того, ученые GSI смогли охарактеризовать основной механизм в своих исследованиях клеток ткани крысы. Они показали, что более низкая концентрация кислорода в тканях (гипоксия) и снижение метаболизма при низкой температуре (гипотермия) могут быть двумя важными факторами в предотвращении повреждения клеток. Иммуногистологические анализы показали, что синтетическое оцепенение предохраняет ткань от облучения энергичными ионами. Кроме того, изменения метаболизма при низких температурах также могут повлиять на репарацию ДНК.

Для изучения и лучшего понимания радиозащитного эффекта синтетического оцепенения органов требуется еще много исследований. В настоящее время технически невозможно ввести человека в спячку безопасным и контролируемым способом. Однако исследования продвигаются. Лишь недавно были раскрыты нейронные пути, контролирующие оцепенение. Теперь текущая публикация добавляет еще один важный компонент.

Научный управляющий директор GSI и FAIR профессор Паоло Джубеллино подчеркивает, что строящийся в настоящее время в GSI международный ускорительный центр FAIR предоставит уникальные возможности для исследований в области космического излучения.

«Уже сегодня установка GSI способна генерировать пучки тяжелых ядер по мере их появления в космическом излучении. На FAIR будут возможны эксперименты с гораздо более широким диапазоном энергий и интенсивностей частиц. Это позволит исследователям изучать эффекты космических излучение на людей и технические приборы, которые принципиально необходимы для того, чтобы сделать возможными пилотируемые миссии на Марс. Я очень рад, что Европейское космическое агентство ESA уже много лет сотрудничает с FAIR для развития этой области исследований».