Wie verändern Weltraumflüge den Organismus? Bioinformatiker werten dafür Geninformationen aus
In der Weltraumforschung sind bemannte Missionen zum Mond und mittelfristig auch zum Mars geplant. Wie sich ein längerer Aufenthalt im All auf den Organismus auswirkt, wird daher auf der Raumstation ISS erforscht. Ein Team um Bioinformatiker Andreas Keller an der Universität des Saarlandes hat gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Stanford University untersucht, wie sich bei einem Weltraumflug der Austausch von Geninformationen im Inneren von Zellen verändert. Ihre Erkenntnisse haben sie im renommierten Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.
Symbolbild: SpaceX
„Die Flüge zur internationalen Raumstation ISS sind für Astronautinnen und Astronauten in mehrfacher Hinsicht belastend. Der Raketenstart mit enormer Geschwindigkeit und entsprechendem Druck auf den Körper führt zu Stress, die Schwerelosigkeit verändert die Blutzirkulation und lässt den Körper anders altern. Auch die Strahlenbelastung im All ist erhöht“, sagt Andreas Keller, Professor für klinische Bioinformatik der Universität des Saarlandes. Was sich genau an biologischen Prozessen im Weltall verändert, hat sein Forscherteam anhand sogenannter microRNAs untersucht, das sind kurze, nicht kodierende Abschnitte der Ribonukleinsäure. Diese steuern die Umsetzung genetischer Information in den Zellen. „Dafür reichten uns nicht die Blutproben von Astronautinnen und Astronauten aus, die bei früheren Weltraumflügen etwa für die Genanalysen im Rahmen der NASA-Zwillingsstudie abgenommen wurden, sondern wir benötigten Gewebeproben von Säugetieren“, erklärt Andreas Keller.
Bei vergangenen ISS-Missionen schickte die NASA dafür einige Mäuse mit ins All, die drei und acht Monate alt waren und mit gleichaltrigen Mäusen auf der Erde verglichen werden konnten. Das Saarbrücker Forscherteam, das dabei eng mit dem Kollegium an der renommierten Stanford University zusammenarbeitete, erhielt von der NASA 686 kleine RNA-Proben. Diese stammten aus 13 verschiedenen Organen der Mäuse, die mindestens drei Wochen auf der Internationalen Raumstation verbracht hatten. „Dabei fielen riesige Datenmengen aus der Gensequenzierung an, die wir mit unseren bioinformatischen Methoden analysiert haben. Diese Analysen, für die wir auf unsere langjährige Erfahrung zum Thema mircroRNAs aufbauen konnten, haben über ein Jahr in Anspruch genommen“, erläutert Andreas Keller, der auch am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland eine Forschungsgruppe leitet.
Das Saarbrücker Wissenschaftsteam konzentrierte sich dabei auf die Frage, wie sich das Gewebe im Herz, Gehirn, Milz und Thymus sowie im Verdauungstrakt unter Weltraumbedingungen verändert. „Wir haben dabei festgestellt, dass die physiologischen Auswirkungen von Raumflügen auf den Menschen erheblich sind. Ein längerer Aufenthalt in der Schwerelosigkeit führt zu Symptomen, die den auf der Erde zu beobachtenden degenerativen Erkrankungen ähneln. Dazu zählen Muskelschwund und Knochenschwund, ein geschwächtes Herz-Kreislauf-System und Veränderungen des Immunsystems“, erklärt Andreas Keller. Zudem habe man beobachtet, dass die Organe in der Schwerelosigkeit anders altern, es also vermutlich zu einer schnelleren Alterung der Astronautinnen und Astronauten kommt. „Diese Auswirkungen verstärken sich mit der Dauer der Mission, was für zukünftige Missionen zum Mars und darüber hinaus, die deutlich länger dauern würden, zu bedenken ist. Ziel sollte es nun sein, durch weitere Forschungsarbeiten Biomarker und therapeutische Ansatzpunkte zu identifizieren, um die negativen Auswirkungen für Astronauten zu mildern“, erklärt Andreas Keller.
Die Forschungsergebnisse wurden in dem renommierten Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht. Erstautoren sind Friederike Grandke und Shusruto Rishik. Die Arbeit entstand unter der Leitung von Professor Andreas Keller (Universität des Saarlandes) und Professor Tony Wyss-Coray (Stanford University). Eine weitere Publikation zu den gefundenen Mustern aus der Gensequenzierung soll im Frühjahr folgen.