Найдены возможные причины снижения плотности костей у космонавтов

С ростом заинтересованности человечества в исследовании космоса и длительных космических путешествиях на орбиту Земли, Луну и Марс, повышаются и требования к человеческому телу. Оно должно выдержать немало стрессовых воздействий — космическую радиацию, изменение циркадных ритмов, психологический стресс и состояние невесомости. Последнее оказывает заметное неблагоприятное воздействие на гомеостаз физиологии млекопитающих: например, приводит к потере минеральной плотности костей.

В норме наши кости не статичны: даже во взрослом возрасте их материал постоянно добавляется, удаляется и перемещается в процессе, называемом ремоделированием. В некоторых исследованиях было показано, что кишечные микробы могут влиять на ремоделирование костей с помощью различных механизмов, включая взаимодействие с иммунной и гормональной системами. Кроме того, микробы и сами производят различные молекулы, которые косвенно взаимодействуют с клетками, ответственными за ремоделирование костей.

Ожидается, что при воздействии стрессовых условий космического полета на весь организм бактериальные сообщества микробиома могут так или иначе быть затронуты и изменяться в процессе космической миссии. Чтобы изучить, как изменяется микробиом кишечника при длительном воздействии невесомости на организм, и выяснить возможные связи между этими изменениями и снижением плотности костей, исследователи из NASA отправили на Международную космическую станцию 20 мышей. Десять грызунов вернулись живыми на Землю через 4,5 недели, а вторая половина оставалась на орбите в общей сложности девять недель, после чего так же успешно была возвращена в лабораторию. 

Микробиом мышей-космонавтов определяли до и сразу после полета, а также спустя некоторое время, сравнивая с микробиомом контрольных животных, которые оставались на Земле в идентичных условиях, исключающих разве что невесомость. Помимо этого, авторы оценили изменения метаболитов в сыворотке крови грызунов, пребывавших в условиях невесомости в течение полных девяти недель. Результаты исследования ученые подробно описывают в статье, опубликованной в журнале Cell Reports.

После сравнения микробиомов космической и наземной групп мышей, исследователи обнаружили, что разнообразие кишечных бактерий у первых гораздо выше, чем у контрольной группы. В особенности два вида бактерий — Lactobacillus и Dorea — были гораздо многочисленнее у грызунов, подвергшихся воздействию невесомости. Причем чем дольше животные находились на орбите, тем выше у них была численность этих видов бактерий. Анализ плазмы крови также выявил существенные различия в содержании отдельных метаболитов, связанных с жизнедеятельностью бактерий Lactobacillus и Dorea.

«После того как мы нанесли на карту генетические пути Lactobacillus и Dorea, оказалось, что они совпадают с метаболитами, уровень которых был повышен во время воздействия невесомости. Когда кто-то находится в условиях невесомости и испытывает потерю костной массы, клетки его тела пытаются это компенсировать. Логично предположить, что и биологические системы внутри организма будут стараться действовать в том же направлении. Однако для однозначного утверждения необходимо провести дополнительные исследования», — объяснил ведущий автор статьи, микробиолог Джозеф К. Бедри (Joseph K. Bedree).

В дальнейшем ученые планируют выяснить, какие микробы человека действительно помогают поддерживать плотность костей. Эта информация будет полезна не только для космонавтов, но и может помочь людям на Земле, страдающим от потери костной массы по причинам, не связанным с гравитацией, а именно — для лечения таких заболеваний, как остеопения и остеопороз.