آيا واقعا ژن‌هاي اسكات كلي در فضا تغيير كرده‌اند؟

اسكات كلي فضانورد ناسا كه طي سال‌هاي ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۶، به مدت يك سال در ايستگاه فضايي بين‌المللي اقامت كرد، توانست اطلاعات ارزشمندي در مورد تأثير فضا بر انسان در اختيار دانشمندان قرار دهد. اسكات كلي در طول سالي كه در ايستگاه فضايي بين‌المللي سپري كرد، جهش ژنتيكي نداشت. ممكن است اين تصور با توجه به اخبار ضدونقيض در برخي رسانه‌هاي خبري براي بسياري از مخاطبان به‌ وجود آمده باشد. همان‌طور كه مي‌دانيد، برخي گزارش‌هاي خبري از تغيير ۷ درصدي ژن‌هاي فضانورد سابق ناسا خبر داده بودند.

اسكات كلي در همين رابطه در توييتر شخصي خود نوشت:

۷ درصد از DNA من تغيير كرده است! چه كسي مي‌داند؟ همين حالا از اين موضوع باخبر شدم. اين مي‌تواند خبر خوبي باشد. من ديگر نبايد دوقلوي همسان مايك كلي باشم!

اين موضوع، همان‌طور كه بسياري اشاره كردند، كاملا بي‌معني است. كد ژنتيكي كلي (هزاران جفت پايه‌اي كه DNA را تشكيل مي‌دهند) تغييري نكرده‌اند. در عوض، ناسا در مطالعه‌هاي طولاني‌مدت خود از كلي، برخي شواهد اوليه‌ي (تغييرناپذير) در مورد تغييراتي در ژن‌هاي او (در زمان اقامت طولاني‌مدت در فضا و بعد از بازگشت) گزارش كرده است.

اسكات كلي و كيهان‌شناس روس به نام ميخائيل كورنينكو، ۳۴۰ روز (بين سال‌هاي ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶) در ايستگاه فضايي بين‌المللي گذراندند. اين مأموريت طولاني‌مدت، به‌نوعي آزمون مهمي براي مأموريت‌هاي آينده به مريخ و فراتر از آن بود. سفر به مريخ چند ماه تا يك سال طول مي‌كشد و ناسا كنجكاو است كه ببيند اقامت طولاني‌مدت در فضا مي‌تواند تا چه حدي روي بدن انسان تأثير بگذارد.

مارك و اسكات كلي

ناسا در سلسله پژوهش‌هاي دوقلوها، تغييرات بدن كلي را نسبت به فضانورداني كه مدت‌زمان كوتاهي در فضا سپري كرده‌اند، مقايسه مي‌كند. سؤال اصلي اين است: آيا حضور بيشتر در فضا موجب اختلالات بيشتر مي‌شود؟ اسكات كلي به‌عنوان موضوع يك آزمايش كمي خاص است. شايد از برادر دوقلوي همسان او، مارك كلي، شنيده باشيد.

اسكات كلي به ناسا پيشنهاد كرد كه از او و برادرش مارك، به‌عنوان موضوع يك پژوهش استفاده كنند. ناسا از اين ايده استقبال كرد و از پژوهشگران مختلف در حوزه‌هاي مختلف، درخواست كرد كه پيشنهاد‌ها خود را براي پژوهش‌هاي متفاوتي در مورد دوقلوهاي كلي ارائه دهند. اكنون در مجموع، ۱۰ پروژه‌ي پژوهشي در رابطه با آنچه «پژوهش دوقلوهاي ناسا» ناميده مي‌شود، وجود دارد؛ از آزمايش توانايي‌هاي شناختي دوقلوهاي كلي تا ارزيابي تغييرات در نحوه‌ي بيان ژن‌ها و علائمي از تغييرات متابوليسمي آن‌ها. البته اين كنترل ۱۰۰ درصد كامل نيست؛ به دليل اينكه پژوهشگران بايد اطلاعات در دوره‌هاي مختلف را با هم مقايسه كنند. اگر سطح (اطلاعات زيست‌شناختي) اسكات در هر يك از اين تست‌ها نسبت به مارك در زمان خاصي به‌طور گسترده‌اي متفاوت باشد، ممكن است بتوان اين تغييرات را به زماني كه اسكات در فضا صرف كرده است، مرتبط دانست. به‌همين دليل است كه برخي سوءتعبيرها در مورد نتايج اين آزمايش‌ها به‌ وجود آمده است.

به كنفرانس خبري ناسا بازگرديم، جايي است كه اين سوءتعبيرها به‌ وجود آمدند. در اين كنفرانس كه روز ۳۱ ژانويه برگزار شد، ناسا گزارش كرد:

پژوهشگران اكنون مي‌دانند كه ۹۳ درصد از ژن‌هاي اسكات پس از فرود (به زمين) به حالت عادي بازگشته‌اند. با وجود اين، ۷ درصد باقي‌مانده نشان از تغييرات درازمدت در ژن‌هاي مربوط به سيستم ايمني بدن، ترميم DNA، شبكه‌هاي تشكيل استخواني، هيپوكسي (كاهش اكسيژني در بافت‌هاي بدن) و هيپركاپني (افزايش بيش از حد دي‌اكسيد كربن در خون) دارند.

در ماه ژانويه كه اين كنفرانس خبري برگزار شد، توجهات زيادي به خود جلب نكرد. ناسا گزارش نتايج حاصل از پژوهش نهايي را - كه انتظار مي‌رود، اواخر سال جاري ميلادي منتشر شود - منتشر نكرده است. اين موضوع مي‌تواند دقيقا به اين معنا باشد كه ناسا هنوز مشغول كار روي اين پروژه است. در نهايت، اواسط ماه گذشته بود كه برخي رسانه‌ها به‌ دلايلي نامشخص به اين موضوع پرداختند.

يكي از اين رسانه‌ها، Newsweek بود كه يادداشتي با اين تيتر منتشر كرد:

اسكات كلي: فضانورد پژوهش دوقلوهاي ناسا، تأييد كرد كه DNA فضانوردان واقعا در فضا تغيير مي‌كند.

 اما Live Science، ديگر رسانه‌اي كه به اين موضوع پرداخت، مطلب تحسين‌برانگيزي با اين تيتر منتشر كرد:

ما در مورد تغيير ژن‌هاي اسكات كلي در فضا، كاملا در اشتباه بوديم.

طرح كلي پژوهش دوقلوهاي ناسا

اين موضوع بيشتر به اين دليل سوءبرداشت شد كه ناسا روشن نكرده بود تغيير در ژن به چه معنا است. اگر ۷ درصد از DNA فردي تغيير كند، ديگر انسان نيست! انسان‌ها و شامپانزه‌ها از لحاظ ژنتيكي ۹۸.۸ درصد به هم شبيه هستند. در واقع مشخصا منظور ناسا، تأثيرپذيري ژن‌ها در طول سفر فضايي بوده و بدون شك اسكات كلي هنوز انسان است و هنوز دوقلوي مارك كلي، با DNA يكسان است. پس چه چيزي تغيير كرده است؟ بيان ژن.

انسان‌ها حدود ۲۰ هزار ژن قرارگفته در ۲۳ كرومواخبار تخصصي DNA دارند. هر فردي هر يك از اين ژن‌ها را در هر سلول بدن خود دارد. با وجود اين، سلول‌ها متفاوت هستند؛ سلول‌هاي عصبي به‌هيچ‌وجه شبيه سلول‌هاي معده نيستند و عملكردي بسيار متفاوت دارند. يكي سيگنال‌هاي الكتريكي و شيميايي را در سيستم عصبي انتقال مي‌دهد و ديگري براي كمك به هضم مواد غذايي، اسيد را منتقل مي‌كند.

تفاوت‌ها به‌ دليل اختلافات در DNA نيستند؛ بلكه اين به‌دليل نحوه‌ي بيان ژن است. مسيرهاي شيميايي پيچيده و حلقه‌هاي بازخورد منجر به فعال شدن ژن‌هاي خاص و برعكس، غير فعال شدن برخي ژن‌هاي ديگر مي‌شود. هر كدام از ژن‌ها براي يك پروتئين برنامه‌ريزي شده‌اند و بسته به اينكه كدام ژن‌ها فعال باشند، ساختارهاي مختلف ساخته مي‌شوند و اتفاقات مختلفي رخ مي‌دهد.

ناسا دوباره تغييراتي در ژن‌هاي مربوط به سيستم ايمني اسكات كلي گزارش كرد. ما نمي‌توانيم از اين موضوع چيز زيادي بدانيم و بايد منتظر مقاله نهايي باشيم. ناسا در به‌روزرساني كنفرانس خود روشن كرد كه تغيير ۷ درصدي بيان ژن كلي، بسيار كم و احتمالا در محدوده‌ي انسان‌هايي است كه تحت فشار قرار مي‌گيرند؛ مانند كوهنوردان يا غواصان.

يكي ديگر از تيم‌هاي پژوهش دوقلوهاي ناسا، به‌دنبال تغييرات تلومر كلي است. با بالا رفتن سن، تلومرهاي فرد (در توالي‌هاي تكراري انتهاي كرومواخبار تخصصيِ سلول‌هاي سفيد خون) كوتاه مي‌شوند. بنابراين ناسا انتظار داشت تلومرهاي اسكات كلي پس از سپري كردن يك سال در فضا، كوتاه شده باشد؛ اما در كمال شگفتي، نتايج اوليه‌ نشان از افزايش طول تلومرها يا افزايش جمعيت سلول‌هايي داشت كه داراي تلومرهاي بلندتري بودند. اين ادعاي ديگري است كه بايد زماني كه مقاله نهايي منتشر مي‌شود، به دقت ارزيابي شود.

به‌طور كلي، نتيجه‌گيري دقيق در مورد اينكه چه جنبه‌هايي از سفرهاي فضايي به اين تغييرات منجر مي‌شود (در صورتي كه واقعي باشند) دشوار است. ران بلكمن، پژوهشگر ژنتيكي از دانشگاه مينه‌سوتا، مي‌گويد ژن‌ها همواره فعال و غير فعال مي‌شوند و اين چرخه‌ها اساسا روي همه چيز تأثير مي‌گذارند. استرس، رژيم غذايي، قرار گرفتن در معرض عوامل بيماري‌زا، فعاليت بدني و حتي انزوا مي‌تواند به‌طور بالقوه باعث تغيير نحوه‌ي فعال و غير فعال شدن ژن‌ها شود. بسياري از ژن‌ها نيز  بر اساس يك ريتم شبانه‌روزي فعاليت مي‌كنند؛ به اين معني كه به‌صورت منظم در يك چرخه‌ي ۲۴ ساعته گردش مي‌كنند. بنابراين، حتي پژوهشي انجام شد كه نشان مي‌داد مديتيشن در نحوه‌ي بيان ژن تأثير مي‌گذارد.

تمام اين موضوعات باعث مي‌شود كه كار براي شناسايي تغييرات بيان ژن (مانند تفاوت بين سلول سرطاني و يك سلول سالم) و آنچه دقيقا باعث اين تغييرات مي‌شود دشوارتر شود. اگر چنين تغييراتي وجود داشته باشد، سخت است كه آن‌ها را به هر جنبه‌اي از سفرهاي فضايي مرتبط بدانيم. چنين مواردي مي‌توانند به دليل قرار گرفتن در شرايط بي‌وزني، عدم ورزش و تحرك يا اختلال خواب يا رژيم غذايي (خوردن غذاي يخ‌زده و خشك) به وجود آمده باشند. همچنين چنين اشكالاتي مي‌توانند تصادفي باشند.

اندي فاينبرگ زيست‌شناس مولكولي در دانشگاه جان هاپكينز است كه در پژوهش متيلاسيون ژن‌هاي كلي‌ها شركت داشته. البته بايد ذكر كنيم كه در كنفرانس خبري، اشاره‌اي به نتايج مطالعه‌هاي او نشد و به يك آزمايشگاه ديگر رجوع شد. او مي‌گويد براي همه‌ي پژوهشگراني كه در پژوهش دوقلوها درگير هستند، فرايند انتشار پژوهش شامل نوشتن مقاله، مطالعه علمي و پس از آن، اميدواري به پذيرفته شدن براي يك مجله‌ي علمي است. فاينبرگ هشدار مي‌دهد كه آزمايش‌هاي ژنتيكي پژوهش دوقلوها براي نتيجه‌گيري قطعي در مورد تأثير سفر فضايي روي ژنتيك انسان طراحي نشده‌اند. امكان اين نتيجه‌گيري پس از مطالعه يك موضوع و يك كنترل وجود ندارد. فاينبرگ مي‌گويد:

مي‌توانيد بر اساس آن يك فرضيه مطرح كنيد؛ اما نمي‌توانيد هيچ چيزي را با آن ثابت كنيد.

به‌طور كلي، پژوهشگران فقط به دنبال ژنتيك نيستند. آن‌ها به دنبال مطالعه عملكرد شناختي، عملكرد سيستم ايمني، متابوليسم و علائم حياتي هستند. اطلاعات تمامي اين پژوهش‌ها، ممكن است يك پژوهش جامع در مورد چگونگي تأثير فضا بر سلامت فراهم كنند و منجر به فرضيه‌اي براي سفرهاي فضايي آينده شوند. فاينبرگ مي‌گويد موضوع مهم‌تر اما كم‌تر مورد توجه، اين است كه پژوهش دوقلوهاي ناسا راهي براي دانشمندان است تا روش‌هاي خود براي انجام آزمون‌هاي زيست‌شناختي فضانوردان را اصلاح كنند. به‌عنوان مثال، وي مي‌گويد او و همكارانش مدت‌زمان زيادي در «دنباله‌دار تهوع» گذرانده‌اند (هواپيماي ناسا كه اثرات شرايط بدون جاذبه را شبيه‌سازي مي‌كند) تا بتوانند روش‌هاي دقيقي براي نمونه‌گيري خون فضانوردان بيابند.

او مي‌گويد:

فقط اينكه بفهميم كه چگونه اين كار را انجام دهيم، موضوع بسيار دشواري است.

 حتي اگر نتايج سلسله پژوهش‌هاي دوقلوهاي ناسا، منجر به ارائه‌ي فرضيه‌اي براي آزمايش‌هاي آينده شود،باز هم اهميت زيادي خواهد داشت. كار تبديل انسان به گونه‌اي چند سياره‌اي، طرحي بين‌ نسلي است. اين پژوهش فقط يك گام كوچك براي چنين پروژه‌ي عظيمي است. بنابراين شايد در مورد چگونگي تأثير فضا بر نحوه‌ي عملكرد ژن‌هاي اسكات و مارك كلي، اطلاعات زيادي در اختيار دانشمندان قرار نگيرد؛ اما آن‌ها اطلاعات بهتري براي پاسخ به اين سؤالات در آينده خواهند داشت.