NASA’nın Mars yolculuğu araştırmalarında yer alan Türk bilim insanı Dr. Cem Meydan : Şu ana kadar yapılmış en kapsamlı uzay biyolojisi çalışmasına imza attık

by Haber Fora

NASA tarafından yapılan 29 farklı araştırmada 200’den fazla bilim insanı yer aldı. Bu makaleler dünyanın önemli bilimsel dergilerinden Cell ve Cell yayınlarının dergilerinde yer alırken, Cell, Cell Reports, iScience gibi dergilerde kapak oldu. Bu önemli araştırmaların sonucu derin uzay çalışmaları ve uzayda koloni kurma projelerinin gerçekleşmesi için çok büyük bir adım olarak görülüyor.  Geleceğin uzay çalışmalarına yol gösterecek olan bu deneylerin bazılarını sizler için mercek altına aldık. 

Derin uzay keşif görevleri için önümüzde iki adet dönüm noktası var. İlki Ay üzerine kalıcı bir uzay üssü kurulması, ikincisi de Mars’a insanların gönderilmesi olacak.

NASA bu sene içinde ticari firmalar ile Ay yüzeyine enstrüman göndermeyi planlıyor. 2021-2024 yılları arasında öncelikle Artemis 1 ve Orion kapsülleri ile yeni roket sistemlerinin insansız testi yapılacak, ardından Artemis 2 ile 10 günlük derin uzay görevinde insanların Dünya’dan uzaklık uçuş rekoru kırılarak navigasyon ve komünikasyon sistemleri test edilecek.

2024 senesinde Artemis 3 ile insanlar tekrar Ay’a çıkacak. Bu görevlerden kazanılan tecrübeler ile Mars’a insanlı yolculuğun önünün açılması planlanıyor. Ancak derin uzay görevlerinin insan sağlığına birçok etkisi var. Radyasyon, yerçekimsizlik, Dünya’dan uzaklık, kapalı ortam gibi bir çok faktör fiziksel, mental ve psikolojik sorunlara yol açabiliyor.

NASA’nın Mars yolculuğu araştırmalarında yer alan New York’taki Weill Cornell Tıp Fakültesi’nde çalışan Dr. Cem Meydan, “Bu tür uzun görevler öncesinde uzay ortamının biyolojiye etkilerini bulmamız ve bu risk faktörlerine çözümler üretmemiz astronotların sağlığı ve görevlerin başarısı için çok önemli. Bu hedef altında NASA ve diğer uzay ajansları ile ortaklaşa birçok araştırma yapıyoruz” diyor.

NASA İkizler Projesiyle şu ana kadar yapılmış en kapsamlı moleküler ve fizyolojik karakterizasyonu yapıldı

NASA İkizler Projesi[1] planlamasına 2014 senesinde başladı. Astronot Scott Kelly uzayda bir sene kalarak bir dünya dışı ortamda aralıksız en uzun süre kalan NASA astronotu oldu. Bu süreç içinde 10 bilimsel grup ile beraber kendisi üzerinde belki de şu ana kadar yapılmış en kapsamlı moleküler ve fizyolojik karakterizasyonu yapıldı.

Aynı zamanda ikizi olan emekli astronot Senator Mark Kelly’den de örnekler alarak Scott ile karşılaştırıldı ve Uluslararası Uzay İstasyonunda uzun süre kalmanın sağlığa etkileri incelendi. Bu bulguları 2019 yılında Science Dergisi’nde kapak olan bir çalışma ile yayınlandı.

“Uzay istasyonunda bulunmuş 59 astronot ve yüzlerce kemirgenden alınan örnekleri analiz ettik”

Dünya çapında çok ses getiren araştırmaları yapan Dr. Cem Meydan, “Bu çalışma sonucunda yerçekimsiz ortamda göz bozulmasının genetik sebepleri, genlerin transkriptomik seviyelerinde bozulmalar, bağışıklık sisteminde değişiklikler ve dünyaya geri dönüşte çok yüksek dozda enflamasyon gibi birçok olası risk faktörü bulduk. İkizler çalışmasında açıkta kalan birçok soru vardı. Yalnızca bir kişi ile yapılan çalışma bir öncü görevi görse de genel geçerliğini kanıtlamak için daha büyük çalışmalar gerekiyor. O çalışmadan bu yana NASA, ESA ve diğer uzay ajansları ile birlikte birçok ülkeden bilim insanları ile bulgularımızı farklı araştırmalarda test ediyoruz. O açıdan uzay istasyonunda bulunmuş 59 astronot ve yüzlerce kemirgenden alınan örnekleri analiz ettik, bu analizleri simüle edilmiş yapay yerçekimsiz ortam ve radyasyon deneyleri ile de doğrulayarak şu ana kadar yapılmış en kapsamlı uzay biyolojisi çalışmasına imza attık. Bu çalışmalar Kasım ve Aralık aylarında 29 farklı makale[2] ile Cell ve Cell yayınlarının farklı dergilerinde yayınlandı ve Cell, Cell Reports, iScience gibi dergilerde kapak resmi olarak rol aldı” diyor.

“Uzaya çıkılınca telomerler kısalmıyor, aksine normale göre uzuyor”

“İkizler çalışmasında beklentilerimizin en dışında gelen bulgulardan bir tanesi de telomerler ile ilgiliydi” diyen Meydan,sözlerini şöyle sürdürüyor: “Telomerler hücrelerimizde DNA’nın en sonunda bulunan bir tampon bölge, her hücre bölünüşünde bu telomerler biraz kısalıyor ve telomerin sonuna gelindiğinde hücre bölünmeyi kesiyor ve ölüyor. Telomerleri hücrelerin geri sayım saati gibi düşünürsek telomer uzunluğunun yaşlanmayla birebir ilişkisi var. Yaşlanmayı durdurmak ve geriye çevirmek üzerine olan çalışmalarda çok dikkat çekiyor, bazı kök hücreler telomerlerini tekrar uzatarak hücresel ölümsüzlüğe ulaşabiliyor. NASA ikizler çalışmasında da uzaya çıkmanın çok ciddi fizyolojik ve psikolojik streslerini düşündüğümüzde telomerlerin daha hızlı kısalacağını düşünmüştük. Ancak bulgular tam tersine işaret etti, uzaya çıkılınca telomerler kısalmıyor, aksine normale göre uzuyor. Dünyaya geri dönüldüğünde ise, tekrar hızla normal boyuna geri dönüyor. 2019’da yayınladığımız çalışma sadece tek bir astronot için telomer uzamasını gösterdi, bunun genel geçerliğini test etmek için 2 farklı çalışmada 11 astronotun kan örneklerine daha baktık ve benzer sonuçlar bulduk. Kişiden kişiye değişiklikler olsa da uluslararası uzay istasyonuna çıkıldığında telomerlerde ciddi bir uzama meydana geliyor.” 

“Kendi telomerini uzatabilmek, kanserin ana niteliklerinden bir tanesi”

Telomerlerin uzamasının yaşlılık ile ilişkisi düşünüldüğünde iyi gibi algılandığını söyleyen Meydan, “Ancak dikkat edilmesi gereken nokta, kendi telomerini uzatabilmek ve sonsuz kez bölünebilmek kök hücreler yanında kanserin de ana niteliklerinden bir tanesi. Hücreler yaşlandıkça daha çok hataya uğruyor ve telomerler hücrelerin kontrolsüzce bölünmesini durdurarak bu hatalı yaşlı hücrelerin kötü huylu olma riskini azaltıyor. Bu çalışmalarda bulduğumuz önemli bir risk faktörü de uzaya çıkınca genetik mutasyonların ciddi miktarda arttığı oldu. Astronotların maruz kaldığı normalin üstündeki radyasyon seviyeleri düşünüldüğünde, bu bulgu çok şaşırtıcı olmamakla beraber uzayan telomerlerle birleştiğinde uzaya çıkmanın uzun vadeli risklerine karşı hazırlıklı olmamız gerekiyor” şeklinde açıklama yapıyor.  

“Uzay istasyonu ve Everest her ne kadar çok farklı ortamlar olsa da kendi aralarında benzerlikler içeriyorlar”

Astronotlarda yaptıkları çalışmanın bir benzerini de Everest ve Lhotse dağlarına tırmanan iki dağcı ve onların ikiz kontrolleri ile gerçekleştiren Meydan,  şu bilgileri verdi: “Uzay istasyonu ve Everest her ne kadar çok farklı ortamlar olsa da kendi aralarında benzerlikler içeriyorlar. İlginç bir şekilde tırmanış sırasında da telomer uzaması gözlemledik. 11 astronot ve tırmanıcılar üzerinde yaptığımız çalışma ile telomerlerin uzamasının ana kaynağının telomeraz enzimi değil, çok bilinmeyen Alternatif Telomer Uzaması (ALT) mekanizması ile olduğuna dair kanıtlar bulduk. ALT’nin aktive olmasının sebeplerinden biri radyasyon kaynaklı DNA zararı olabilir. Bu mekanizmanın daha çok çalışılması ile uzaydaki risk faktörleri azaltılabilir. Belki ondan bağımsız olarak yaşlanma ve kanser gibi alanlarda yeniliklere yol açabilir.”

“Derin uzay keşif görevleri hem süre açısından daha uzun olacağı hem de Dünya’nın manyetik koruması dışına çıkılmasını gerektireceğinden çok daha yüksek kanser risklerine sebep olabilir”

Uzun süreli görevler veya Dünya’nın manyetik koruması dışına çıkılan keşifler astronotların yüksek dozda radyasyona maruz kalmasına sebep olabiliyor. Uzay istasyonunda astronot ve astrofareler ile yaptıkları araştırmalar sonucunda DNA’ya zarar verdiğini ve mutasyonlarda artış gözlendiğini belirten Meydan, “Derin uzay keşif görevleri hem süre açısından daha uzun olacağı hem de Dünya’nın manyetik koruması dışına çıkılmasını gerektireceğinden çok daha yüksek kanser risklerine sebep olabilir. Örneğin Mars’a yapılacak bir görev solar parçacık olayları ve galaktik kozmik ışınları yanında Dünya’nın çevresindeki yüksek enerjili parçacıkların olduğu Van Allen radyasyon kemerinin içinden geçmeyi de gerektirebilir. Kan kanserleri ve lösemi ile yaptığımız çalışmalarda da bu tür mutasyonların etkilerini araştırıyoruz. Örneğin klonal hematopoez (KH) dediğimiz bir kavram var, insanlar yaşlandıkça DNA’larında rastgele mutasyon birikmeye başlıyor. Bu mutasyonlardan bazıları risk oluşturarak kanser oluşumuna yol açabiliyor. Ancak yapılan çalışmalarda kanser olmayan insanların dahi bu mutasyonları düşük dozda gösterdiğini biliyoruz. Yaş arttıkça artan bu KH, o an kansere yol açmasa bile saatli bomba gibi nadasta duruyor ve uzun vadede kan kanseri olma olasılığını 10 kat arttırabiliyor” şeklinde uyarıda bulunuyor.

“İkiz astronotlar yaşıtlarına ve radyoterapi geçirmiş hastalara oranla çok daha yüksek klonal hematopoez gösteriyor”

İnsanların Ay ve Mars’ta koloni kurma ve daha uzun uzay görevlerine gitmeye başladığında bu artan radyasyonun kanser açısından ne gibi riskleri olduğunu araştıran Meydan, şunları söyledi:

“Sıvı biyopsiler, kan örneğinden kanserli hücreleri veya mutasyonlu DNA’ları teşhis ediyor”

Kan kanseri dışındaki diğer kanserler için sürecin bu kadar kolay olmadığına dikkat çeken Meydan, şunları söyledi: “Ne yazık ki, bildiğiniz üzere kansere dönüşebilecek kitlelerin erken teşhisi dünyadaki tüm imkânlarımıza rağmen zor. MRI ve CT imajlarında kitle görmeden veya cerrahi biyopsi yapılmasını gerektirmeyen noninvazif yöntemler maalesef sınırlı. Son senelerde çok ilgi çeken bir kavram sıvı biyopsisi. Sıvı biyopsilerde sadece basit bir kan örneği alıyorsunuz, ana fikri çok düşük miktarda kana karışan kanserli hücrelerin veya mutasyonlu DNA’ların teşhisine dayanıyor. Örneğin kanser oluşturma riski olan hücreler karaciğerinizde olsa da mutasyonlu DNA’ya sahip olan bazı hücreler parçalanarak kan dolaşımına karışabiliyor, bir nevi deniz açıklarında gemilerden düşen kargo içeriklerinin dalgalarla sahile vurması gibi kan örneği size uzaktaki dokuların durumu ile bilgi verebiliyor. Siz kan örneği alıp bu hücre dışı DNA (cfDNA) ve RNA (cfRNA) moleküllerinisekansladığınızda ve eksozomların proteinlerine baktığınızda farklı dokularda oluşan DNA zararını görebiliyorsunuz. Bu örneklerde herhangi bir risk faktörü oluşturan mutasyon keşfederseniz kanser daha oluşmadan tepki verme şansınız oluyor. Bu yöntemler yeni yayılıyor. Dünya üzerinde her türlü kanser hastası veya risk sahibi için de erken teşhis açısından çok önemli bir yer alacağını düşünüyorum. Astronotlarda da bu yöntemlerle yaptığımız çalışmalar, sıvı biyopsi yöntemleri ile moleküler gözlem yapılabileceğini ve biyobelirteclerin bulunabileceğini gösteriyor. Uzun süreli görevlerde bu tür teşhis yöntemleri ile astronot sağlık göstergeleri izlenebilir.”

“6 aylık bir görevde yüzde 10 kadar kemik kaybı olabiliyor”

Yerçekimsiz ortamda bulunmanın da insan vücuduna birçok etkisi oluyor. Kalp ve dolaşım sistemi, kas ve kemik sistemi normalde sürekli yerçekimine karşı mücadele veriyor, ancak Dünya dışında yörüngede veya uzun görevlerde mikrograviteye maruz kalınca bu sistemler karışıyor.

Yerçekimsiz ortamın en önemli etkilerinden bir tanesinin de kas ve kemiklerdeki erime olduğunu söyleyen Meydan, “İskelet sistemi üzerindeki yük kalkınca kemikler hızla erimeye başlıyor, 6 aylık bir görevde yüzde 10 kadar kemik kaybı olabiliyor. Bu yaşlılarda olan kemik kaybının neredeyse 10 katı hızında gerçekleşiyor. Uzay istasyonunda geçirilen bir görev sonrası kemiklerin normal yoğunluğuna geri dönmesi, yerçekimli ortama geri döndükten sonra 2-4 sene alabiliyor ki, bu fiziksel açıdan sağlıklı astronotların düzenli egzersiz yaptığında eriştiği değer. Kemiklerin geri emilimi sırasında kana karışan yüksek miktarda kalsiyum miktarı böbrek taşlarının oluşumunu da hızlandırıyor. Aynı şekilde yerçekimsiz ortamda yüksek miktarda kas kaybı da gerçekleşiyor.  6 ay sonrasında kas kütlesinde ve güç değerlerinde yüzde 25-40 civarı kayıp görülebiliyor. Uzay istasyonundaki astronotlar kas ve kemik kaybını azaltmak için düzenli egzersiz yapmak durumunda, şu anda astronotların planı günlük yaklaşık 2 saat kadar egzersiz içeriyor, ancak bu bile tam olarak yeterli değil” diyor.

Scott Kelly: Yerçekimine dönmek uzayda bir sene kalmaktan daha zor

Astronotların yerçekim li ortama  geri döndükten sonra durumları da pek iç acıcı değil. Scott Kelly kendi kitabı “Endurance: A Year in Space, a Lifetime of Discovery”‘de bu süreçten bahsediyor, Dünya’ya dönüş sonrasında birkaç gün düzgün yürüyemez durumda kalıyor ve sıvı dengelerinin tekrar değişmesi ile ayak bilekleri balon gibi şişiyor. Kendi deyimi ile yerçekimine dönmek uzayda bir sene kalmaktan daha zor.

“Mars’a tek yön uçuş 7-9 ay alacağını düşünürsek astronotların Mars’a vardıklarında iş yapabilecek durumda kalmaları için bu kayıpları azaltmamız gerekiyor”

Kas ve kemik kayıpları ve yerçekimine dönüşteki problemlerin çok ciddi düzeyde olduğunu söyleyen Meydan, “Olası bir Mars’a tek yön uçuş 7-9 ay alacağını düşünürsek astronotların Mars’a vardıklarında iş yapabilecek durumda kalmaları için bu kayıpları azaltmamız gerekiyor. Bunun için araştırılan farmakolojik ilaçlar, tedavi yöntemleri ve farklı mikrogravite egzersiz aletleri var. Ancak hala tamamen bir çözümü yok. Dünya’ya oranla Ay’da 1/6, Mars’ta ise 2/5 oranında yerçekimi var, bu değerler kas ve kemik kayıplarını bir miktar azaltmaya yetse de 18-24 aylık uzun bir görevin astronotların sağlığını Dünya’ya geri dönüşte ne kadar etkileyeceğini tam bilmiyoruz. İkizler çalışmasında Scott’tan aldığımız örnekler de aynısını gösteriyor. Uzay istasyonunda iken, biyokimyasal kas, kemik, kan ve enflamasyon profili oldukça değişken olmakla beraber özellikle dünyaya indiği ilk günler içinde bazı sitokin değerleri inanılmaz artış gösteriyor. Bu değerleri dikkatlice analiz ettiğimizde bu enflamasyonun büyük miktarda kaslar tarafından yaratıldığını görüyoruz. Normal şartlar altında egzersiz yaptığınızda kasların büyümesi 3 aşama gerektiriyor. İlk iki aşamada pro-enflamatuar mekanizmalar aktive oluyor ve enflamasyon ile kaslardaki zarar temizleniyor. Üçüncü asama ise, tam tersi anti-enflamatuar mekanizmaları gerektiriyor ve bu aşamada kaslar yenileniyor. Uzaydan alınan örneklerde ise, ilk iki aşama üçüncüye ağır basıyor ve normalden daha fazla enflamasyon oluyor. Dünyaya döndüğünde ise, 3. aşama normal olarak devam etmeye başlıyor, ancak enflamasyona ve doku zararına karşı üretilen sitokinler bir anda tavan yapıyor. Bu süreci yerçekimsiz ortamda ve yerçekimine dönüşte moleküler açıdan kontrol altına alabilmek için olası ilaç tedavilerini gözden geçirdik. Bunların işe yarayıp yaramayacağı birçok deney gerektirecek, ancak uzun görevlere hazırlık açısından çok önemli bir nokta olduğuna inanıyorum” şeklinde konuşuyor.

[1] https://www.nasa.gov/feature/nasa-twins-study-confirms-preliminary-findings

[2] https://www.cell.com/c/the-biology-of-spaceflight

Bunu da beğenebilirsiniz

Yorum Yap