NASAの双子研究が宇宙での生活について実際に教えてくれたこと

双子研究は、科学者が人間を一度に 2 つの場所に存在させることに最も近いものです。しかし、そのような研究はなかなか見つかりません。一卵性双生児は比較的まれです (世界中で出生 1,000 人あたりわずか 3 ～ 4 人)。宇宙飛行士である一卵性双生児はさらにまれです。実際、現在、宇宙飛行士はスコット ケリーとマーク ケリーの 1 組だけです。

過去数年間、兄弟は現在NASA双子研究と呼ばれる研究に参加してきた。これは、兄弟の一方（スコット）が国際宇宙ステーション（ISS）で1年間過ごし、もう一方（すでに宇宙飛行から引退していたマーク）が同じ12か月を地球で過ごすという、初めての長期研究である。その年とその後の数年間、2人は血液、尿、便のサンプルを提供し、さらに多数の生理学的および医学的検査を受け、人体が宇宙生活にどのように反応するかを研究者が理解するのに役立てた。最新の結果は今週、サイエンス誌に掲載された。

宇宙が人体に与える影響を理解する上で大きな障害となっているのは、宇宙飛行だけで生じた変化のせいにするのが極めて難しいことだ。例えば、宇宙飛行士の DNA に生じたわずかな変異は、無重力状態や過剰な放射線にさらされた時間によるものかもしれないし、地球上でも影響を与えたであろうさまざまな環境条件によるものかもしれない。しかし、その特定の変化が宇宙で 1 年間 (正確には 340 日) 過ごした双子の 1 人に見られ、同じ年を地球で過ごしたもう 1 人には同等の変化が見られなかった場合、研究者はもう少し自信を持って、宇宙が何らかの関係があったと言うことができる。これはまだ、宇宙に関連した身体的変化を正確に特定する方法にはほど遠い。なぜなら、たった 2 人を対象とした研究は非常に小規模だからだ。しかし、宇宙飛行士と平均的な地球人を比較するよりはましだ。

究極の疑問は、長期間の宇宙旅行中に人体がどの程度耐えられるかだ。NASA は火星へのミッションと月への再旅行の暫定的な計画を立てているが、これは ISS への短期旅行で私たちが想定していたよりも長い時間を宇宙で過ごすことを意味する。私たちの体がその負担に耐えられるかどうかを知ることは非常に重要である。

では、宇宙で過ごす1年間は、実際に体にどのような影響を与えるのでしょうか。双子研究の結果は、全体的に1年間、「宇宙飛行のこの期間、人間の健康はほぼ維持できる」ことを示唆しています。多くの変化は一時的なもので、ケリーが地球に帰還すると徐々に止まりましたが、他の変化はそのまま残っています。これらすべての変化を理解するには時間がかかりますが、現時点でわかっていることは次の通りです。

テロメアの長さ:

テロメアは DNA セグメントの末端にある分子で、DNA セグメントを損傷や劣化から保護します。加齢やストレス、環境の変化などの他の要因により、このプロセスが加速される可能性があります。一部の研究者は、宇宙でのストレスがケリーのテロメアを劣化させるのではないかと推測していました。しかし、実際にはその逆で、テロメアは長くなっていました。研究者はテロメアの長さを制御するタンパク質の活動の増加を確認しました。これは、宇宙に旅立つ前と帰還後の両方よりも高かったのです。

なぜそうなるのかは完全には明らかではない。研究者たちは、ケリーがISS滞在中に実践した健康的な食事と運動療法がテロメアにこのような影響を与える可能性があることを知っている。宇宙飛行士は宇宙での筋肉と骨の萎縮に対抗するために厳格な栄養計画と運動ルーチンを守るので、彼らの中には地上にいるときよりも宇宙にいるときの方が健康的な生活を送っている人もいるかもしれない。環境条件の劇的な変化により、彼の体が防御機構としてテロメアの長い新しい細胞を生成した可能性もある。

遺伝子活性が変化しました:

遺伝子の活動は、DNA に永久的な変化をもたらし、常に変化しています。これが起こると、一部のタンパク質はより活発になり、一部のタンパク質はより不活発になります。これは老化プロセスの一部であり、人間に共通しています。特定の遺伝子の変化は病気につながる可能性があり、他の遺伝子の変化は体力や心臓血管の健康の向上につながる可能性があります。しかし、遺伝子の活動は、地球からの保護がないため宇宙旅行では大量の放射線にさらされるなど、人が放射線にさらされた場合にも変化します。スコット ケリーは、弟のマークでは不活性のままだった多くの遺伝子の活動が増加することを発見しました。

科学者たちは確かなことはわかっていないが、この活動の変化は少なくとも部分的にはスコット・ケリーが兄と比べて受けた放射線被曝量に関係しているのではないかと推測している。放射線被曝量の増加は細胞が自己修復を試みることを引き起こし、それによって特定の遺伝子活動が増加する可能性がある。

スコット・ケリーには、DNA 変異のような他の遺伝子変化も見られましたが、これは彼の兄には見られませんでした。これらの変化はすぐには心配する必要はありませんが、時間が経つにつれてその活動がガンになる可能性が高まります。人々が宇宙で 1 年以上過ごすと、これらの変異が蓄積され、これははるかに心配なことになる可能性があります。

体内の細菌の変化:

私たちの体内や体表に生息する微生物（科学者はこれをマイクロバイオームと呼んでいます）は、私たちの健康に大きな影響を与える可能性があります。消化や代謝に影響し、免疫、骨、筋肉、脳の健康にも影響します。体内に生息する微生物が宇宙でどのように生き延びるかを理解するために、研究者は宇宙滞在前、滞在中、滞在後にケリーの便のサンプルを採取し、双子のケリーの便のサンプルと比較しました。

宇宙滞在中に腸内細菌は特に劇的に変化したが、地球に帰還するとマイクロバイオームはすぐに通常のレベルに戻ったことがわかった。この過程で、健康なマイクロバイオームにとって非常に重要な部分である細菌の多様性が大幅に失われることはなかった。また、帰還後すぐに正常に戻ったという事実は、この腸内の激変が深刻な長期的影響を及ぼさないことを示唆している。（参考までに、以前の研究では、数週間だけ異なる食事をしたり、異なる場所に住んだりしただけで、腸内細菌が大幅に変化する可能性があることが示されている。）

次は何をする？

研究者らは、こうした新しい情報をすべて活用することで、人体が宇宙にどう適応するかについて、より具体的で的を絞った疑問を投げかけることができるようになると書いている。そして、人類が火星に旅することが安全か賢明かという点について、より的確な答えを出すことができるようになる。研究者らはまた、新薬やその他の介入を通じて、こうした変化に対抗する方法にも取り組むことができる。最終目標は、期間の長さに関わらず、すべての宇宙飛行をより安全で、より謎めいたものにすることだ。