Исследователи Университета штата Оклахома и Центра медицинских наук Техасского университета изучили, как космическое излучение может повышать риск рака у участников дальних космических полётов. Работа показала, что опасность связана не только с прямым повреждением клеток. Облучённые клетки способны передавать вредные сигналы соседним, даже если те сами не подвергались воздействию радиации.
Одним из главных источников угрозы считаются галактические космические лучи — высокоэнергетические атомные ядра, лишённые электронов и ускоренные ударными волнами сверхновых. Атмосфера Земли обычно задерживает их, однако астронавты не имеют такой защиты. Особенно опасны тяжёлые ионы с высоким атомным номером и большой энергией, включая ядра железа Fe-56: они оставляют плотный ионизационный след и разрывают цепочки ДНК.
По расчётам, основанным на данных миссии марсохода Curiosity, за трёхлетний полёт к Марсу и обратно прямое попадание иона железа пришлось бы примерно на 3% клеток астронавта. Однако даже этого может быть достаточно из-за так называемого эффекта свидетеля, при котором повреждённые клетки запускают опасные процессы в окружающих тканях. Именно этот механизм стал центральной темой исследования, о котором сообщил сайт Universe Today.
Для эксперимента учёные облучили пучками Fe-56 человеческие эндотелиальные клетки аорты, выстилающие кровеносные сосуды. Опыт проводили в Лаборатории космической радиации NASA при Брукхейвенской национальной лаборатории. После попадания иона клетки активировали фактор NF-κB, связанный с воспалением и защитой клеток, а также начали вырабатывать сигнальную молекулу TNF-α; она поддерживала воспалительную реакцию через замкнутый механизм более трёх дней.
Часть TNF-α достигала соседних клеток, которые физически не соприкасались с облучёнными, но находились с ними в общей жидкой среде. В этих клетках резко возрастал уровень свободных радикалов и увеличивалось число двунитевых разрывов ДНК. Одновременно TNF-α активировала гены, препятствующие гибели клеток, и стимулировала их рост, отключая естественные механизмы, способные остановить распространение опасных мутаций.
На следующем этапе исследователи пересадили мышам нераковые эпителиальные клетки, находившиеся рядом с облучёнными эндотелиальными клетками. У животных сформировались заметные опухоли, хотя пересаженные клетки сами не получали прямого воздействия космических лучей. Анализ образцов крови и тканей астронавтов миссии SpaceX Inspiration4, проходившей в 2021 году, также выявил системное повышение TNF-α и активность генов, препятствующих гибели клеток. Учёным удалось остановить опасную цепочку, заблокировав рецептор TNF-α и подавив активацию NF-κB; дополнительную защиту могут дать водяные экраны и богатые водородом полимеры, например полистирол, однако их эффективность ещё предстоит подтвердить дальнейшими исследованиями.