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 устойчивости к радиации. Партнеры по исследованиям из Германии, Японии, Италии, Великобритании и США недавно опубликовали свои результаты в Scientific Reports.
Ученые называют состояние, в которое впадают впадающие в спячку животные, торпором . В этом состоянии снижаются жизнеобеспечивающие функции организма: снижается температура тела, снижается обмен веществ и значительно замедляются такие функции организма, как частота сердечных сокращений и частота дыхания или потребление кислорода.
На молекулярном уровне активность генов и биосинтез белков также снижаются в более медленном темпе. В опубликованном исследовании синтетического оцепенения (то есть своего рода искусственно созданной гибернации) и защиты от ионизирующего излучения ученые продемонстрировали биологические эффекты , свидетельствующие о том, что синтетическое оцепенение повышает устойчивость к радиации. Доказательство, которое может быть очень полезным для астронавтов в долгосрочной перспективе.
Космическая радиация признана одним из основных рисков для здоровья человека при освоении космоса . Вредное воздействие космической радиации представляет собой серьезную проблему, особенно для будущих долгосрочных миссий. Большая часть дозы радиации, поглощаемой экипажами в пилотируемых межпланетных полетах, создается галактическим космическим излучением (ГКЛ), высокоэнергетическими заряженными частицами, в том числе плотно ионизирующими тяжелыми ионами, образующимися 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 в высшей степени инновационный исследовательский подход. Наши результаты показывают, что синтетическое оцепенение является многообещающим инструментом для усиления радиозащиты в живых организмах во время долгосрочных космических миссий. Таким образом, это может быть эффективной стратегией для защиты людей, когда они исследуют Солнечной системы», — 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».
