Der Mensch ist ein rhythmisches Lebewesen. Wird dieser Rhythmus durch ständige Bettruhe unterbrochen, geraten die Prozesse im Körper aus dem Gleichgewicht – angefangen bei der Genexpression, wie eine neue Studie zeigt.
Bei Astronauten, die der Schwerelosigkeit ausgesetzt sind, kommt es zu physiologischen Veränderungen wie Immunsuppression, verstärkten Entzündungen und einer Verringerung der Muskelmasse und Knochendichte. Angesichts der zunehmenden Zahl von Raumflügen ist es wichtig, die diesen Veränderungen zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu verstehen. Eine neue Studie der Universität Surrey zeigt nun, dass die simulierten Auswirkungen der Schwerelosigkeit, die durch 60 Tage ständige Bettruhe hervorgerufen werden, die rhythmische Genexpression beim Menschen erheblich stören.
Hauptautor Simon Archer, Professor für Molekularbiologie des Schlafes an der Universität Surrey, sagt: „Diese einzigartige Studie stellt den größten Längsschnitt-Datensatz von Zeitreihen der Genexpression beim Menschen dar. Die menschliche Genexpression schwankt rhythmisch über den 24-Stunden-Tag, und es ist wichtig, Zeitreihendaten und nicht nur einzelne Zeitpunkte zu erfassen, um ein vollständiges Bild davon zu erhalten, was im Körper passiert, wenn er der simulierten Mikrogravitation ausgesetzt ist. Dies wirft auch Fragen zu den Auswirkungen ständiger Bettruhe auf unseren Körper auf, da wir eine dramatische Auswirkung auf die zeitliche Organisation der menschlichen Genexpression festgestellt haben.“
In einer von der Europäischen Weltraumorganisation koordinierten Studie an der MEDES-Raumfahrtklinik in Toulouse absolvierten 20 Männer ein 90-tägiges Protokoll, das aus einer zweiwöchigen Ausgangssituation und 60 Tagen ständiger Bettruhe bei einem Neigungswinkel des Kopfes von sechs Grad nach unten bestand, um die Auswirkungen der Mikrogravitation zu simulieren, die Astronauten erfahren. Das Protokoll endete mit einer zweiwöchigen Erholungsphase.
Das Forschungsteam analysierte die Genexpression über eine 24-Stunden-Zeitreihe an zwei Tagen in der Ausgangssituation, an drei Tagen in der Bettruhe und an einem Tag in der Erholungsphase. Die Ergebnisse zeigten, dass 91 Prozent der Genexpression durch das Protokoll beeinträchtigt wurden, wobei die Anzahl, das Timing und die Amplitude der rhythmischen Gene, die alle 24 Stunden Veränderungen in ihrer mRNA aufweisen, am stärksten gestört waren. Eine gestörte Genexpression steht in Zusammenhang mit der Übersetzung von Proteinen, Immun- und Entzündungsprozessen und einer verminderten Muskelfunktion. Während der Erholungsphase konnte die gestörte Muskelfunktion wiederhergestellt werden; bei der Proteintranslation wurden jedoch dauerhafte Auswirkungen festgestellt.
Der Senior-Autor Derk-Jan Dijk, Professor für Schlaf und Physiologie und Direktor des Surrey Sleep Research Centre, sagt: „Weltraumreisen galten früher als unerreichbar, doch durch das Wachstum der Raumfahrtindustrie sind sie heute eine reale Möglichkeit. Über die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Körper ist noch vieles unbekannt, und es ist wichtig, dass wir mehr darüber wissen, bevor wir im Weltraum ,Urlaub‘ machen. Aufbauend auf unseren Erkenntnissen wird der zweite Teil unserer Studie mit der gleichen Gruppe von Männern die Auswirkungen der Mikrogravitation auf den Schlaf, den zirkadianen Rhythmus und die Hormone des Einzelnen untersuchen.“
Keith Ryden, Professor für Raumfahrttechnik und Direktor des Surrey Space Centre, sagt: „Die bemannte Raumfahrt steht wieder ganz oben auf der Tagesordnung, da im Rahmen des Artemis-Projekts der NASA bald wieder Astronauten auf den Mond zurückkehren werden und der Weltraumtourismus zunimmt. Außerdem gibt es neue Pläne für einen britischen Astronauten, der im Rahmen des Programms UKSA Axiom im Jahr 2025 zur ISS fliegen soll.“
Dieser Beitrag basiert auf einer Pressemitteilung der Universität Surrey. Die Originalstudie haben wir euch hier und im Text verlinkt.
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