Омики: как предсказать эффекты влияния космоса на здоровье людей

Область омик развивается так быстро, что даже ученые не могут договориться между собой о едином определении. Говоря в общем, это область исследований, которая объединяет несколько биологических дисциплин, сосредоточенных на изучении разнообразного множества биомолекул. Она совмещает геномику, транскриптомику, протеомику, эпигеномику, метаболомику и микробиомику. Представьте себе омики как гигантский молекулярный пазл, собрав который мы увидим большую и полную картину человеческого тела на фундаментальном и крайне детальном уровне.

Хорошее здоровье — приоритетная задача для астронавтов, тела которых подвергаются уникальным стрессам в космосе. Поскольку NASA готовится к путешествиям на Марс и за его пределы, ученые всего мира объединились, чтобы изучить молекулярную информацию, полученную от близнецов-астронавтов Скотта и Марка Келли. NASA полагает, что сравнивая молекулярную информацию, полученную у каждого близнеца, можно извлечь полезную информацию, которая заложит основу для будущих исследований омик.

В то время как многие исследователи вносят свой вклад в увлекательную и развивающуюся область омик, NASA идет дальше и добавляет в уравнение близнецов и космос. Сравнивая почти идентичные геномы, когда один из близнецов на определенной диете, соблюдает строгий режим упражнений, работает по графику и подвергается космическому воздействию, а другой близнец на Земле наслаждается обычной жизнью, ученые смогут получить представление о влиянии космической среды на молекулярном уровне. Эксперименты с омиками охватывают изучение множества типов биомолекул, включая ДНК, РНК, белки, метаболиты, микробную ДНК. Флуктуации в типах и концентрации этих биомолекул влияют на физиологические или бихевиоральные изменения, склонность к развитию заболеваний и даже некоторые элементы, которые исследователям еще только предстоит определить.

Тринадцать лет назад ученые не смогли бы охарактеризовать все молекулы, которые могут сегодня, но прорывы в науке и технике вывели омики на первый план. Предыдущий подход к медицине (один за всех) постепенно сменяется более персонализированной заботой о людях: точной медициной.

По завершении первой последовательности человеческого генома, этот геном стал доступен для ученых как некая цифровая база данных, позволяющая сравнивать геномы. Это запустило технологическую революцию и привело к появлению новых технологий секвенирования следующего поколения. РНК- и белковые микрочипы, наряду с новейшими продвинутыми масс-спектрометрами также стали доступны. Новые технологии породили больше данных — много больше. К примеру, если бы всю вашу ДНК можно было вытянуть в нить, она протянулась бы до Плутона и обратно. Представьте объем данных, который получится, если вы секвенируете ДНК.

По сути, ученые могут видеть намного больше, чем раньше. Они могут видеть не только клетку, но и все внутри клетки, включая пути и молекулярные взаимодействия. Например, когда NASA перейдет от космического телескопа Хаббла к космическому телескопа Джеймса Вебба нового поколения, с беспрецедентным разрешением и чувствительностью, он однажды сможет увидеть первые звезды во Вселенной и образование новых галактик. Точно так же ученые теперь могут увидеть экспрессию генов, транскрипты, белки, метаболиты, микробы и как все это взаимодействует на уровне молекул.

Люди очень сложные существа, и между ними есть миллионы различий. Медицинские специалисты сталкиваются с проблемой точной диагностики и лечения людей, но не всегда имеют всю необходимую информацию. Сегодня исследования омик направлены на поиски лечения раковых больных. Возможно, в один прекрасный день омики будут ставить своей целью не только астронавтов, но и обычных людей, в рамках обычных клинических исследований в больницах и лечебницах. И по мере снижения стоимости проведения омических исследований или по мере снижения стоимости секвенирования ДНК, остаются проблемы интерпретации и обеспечения большого объема данных.

Программа NASA по исследованию близнецов предпринимает первый шаг к созданию основы и методологии по интеграции деятельности ученых, их исследовательских планов и данных. Этот шаг может привести к повышению безопасности и производительности отдельных астронавтов. Но изучая поведение астронавтов в космосе, ученые могут использовать омики и другие инструменты 21 века для определения вариантов и биомаркеров, которые помогут и нам жить долгой, счастливой и здоровой жизнью на Земле.