Giriş
Uzay, her zaman insanlığın ilgisini çeken ve keşfetmek istediği bir alan olmuştur. Ancak, uzayın derinliklerine doğru yapılacak olan her adım, insan vücudunun sınırlarını zorlamayı gerektirmektedir.
Uzay yolculuğu astronotların moleküler, hücresel ve fizyolojik düzeylerde önemli değişiklikler yaşamasına neden olan bir dizi zorluğu beraberinde getirir.
Bu zorluklar, uzay keşfinin uzun vadeli hedefleri olan Ay üsleri, Mars kolonileri ve diğer gezegenler arası yerleşimler için önemli bir engel teşkil etmektedir.
Uzay tıbbı alanındaki araştırmalar, bu zorlukları anlamak ve çözüm üretmek için büyük çaba sarf etmektedir ve mevcut havacılık tıbbı çerçeveleri henüz yeterince gelişmiş değildir.
Uzay uçuşlarının biyolojik yanıtlar üzerindeki etkileri, mikrogravite ve radyasyon gibi faktörler dahil olmak üzere hala keşfedilmesi gereken çok şey barındırmaktadır. Bu durum, uzay tıbbı veritabanlarının, araçlarının ve protokollerinin hızla geliştirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.
Bu ihtiyacı karşılamak amacıyla çeşitli uzay görevlerinden elde edilen çoklu-omik araştırmalarını içeren entegre bir veri ve örnek deposu olan Space Omics and Medical Atlas (SOMA) geliştirilmiştir.
Uzay Tıbbında Yeni Bir Çağ: SOMA Projesi
Teknolojideki hızlı ilerlemeler uzayı daha erişilebilir hale getirmiştir; özel sektör ve devletler, Ay ve Mars’ta kalıcı üsler kurmak için büyük yatırımlar yapmaktadır.
Ancak, uzayın zorlu koşulları, insanların yerçekimsiz ortamlara evrimsel olarak uyum sağlayamaması nedeniyle ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir.
Uzay yolculuğu sırasında kemik erimesi, kas kaybı, görme bozuklukları, kansızlık, uzay hareket hastalığı, bağışıklık sistemi zayıflığı ve nadir kanserler gibi problemler ortaya çıkmakta ve bu durum uzun süreli görevlerde astronotların sağlığını tehdit etmektedir.
Bu sebeple bir çok araştırma yapılmıştır. Örneğin, NASA‘nın Twins Çalışması sadece bir astronotu, JAXA‘nın CFE projesi ise sadece altı astronotu incelemiştir.
Elde edilen sonuçların genelleştirilebilirliği ve bireysel farklılıklar, araştırmaları daha karmaşık hale getirmektedir. Bu nedenle, uzayda yaşamın insan vücudu üzerindeki etkilerini daha iyi anlamak için daha geniş çaplı ve detaylı araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu araştırmalar, sağlık sorunlarını önlemek veya tedavi etmek için en etkili yöntemlerin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.
Bu arayışların sonucu olarak ortaya çıkan SOMA projesi uzay keşfinde önemli bir dönüm noktası olarak kabul edilmektedir.
SOMA projesi, NASA, JAXA ve SpaceX gibi önde gelen uzay ajanslarının gerçekleştirdiği çeşitli görevlerden elde edilen geniş kapsamlı moleküler ve fizyolojik verileri bir araya getiren kapsamlı bir veri tabanıdır.
Bu devasa veri tabanı, uzay uçuşlarının insan sağlığı üzerindeki etkilerini anlamak ve analiz etmek için kritik bir kaynak sunmaktadır.
Bu veri tabanı sayesinde uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkileri moleküler düzeyde incelenerek, uzay görevlerinin güvenliği için önemli bilgiler elde edilmektedir.
Bu atlas, genomik, epigenomik, transkriptomik, proteomik, metabolomik ve mikrobiyom gibi çok çeşitli moleküler düzeydeki verileri bir araya getirerek, uzay görevleri sırasında insan vücudunda meydana gelen karmaşık biyolojik süreçleri detaylandırmaktadır.
Elde edilen bulgular, bağışıklık sisteminin düzenlenmesinde rol oynayan sitokinlerin seviyelerindeki değişikliklerden, hücre yaşlanmasının bir belirteci olan telomerlerin uzaması ve genlerin aktiflik düzeylerini yansıtan gen ekspresyon paternlerindeki farklılıklar gibi, farklı uzay görevleri arasında ortak bazı temaları ortaya koymaktadır.
Bu bulgular, çeşitli görevlerin özgül koşullarına bağlı moleküler tepkileri yansıttığı gibi doku bazlı hayvan model çalışmalarıyla elde edilen sonuçlarla da uyumlu görünmektedir.
Inspiration4 Misyonu: Sivil Astronotların Veri Katkısı
SOMA projesine en büyük katkıyı sağlayan görevlerden biri 2021 yılında gerçekleşen SpaceX Inspiration4 misyonudur.
Bu misyonda, tamamen sivil astronotlardan oluşan bir ekip SpaceX Dragon kapsülünde 585 km yüksekliğinde ve 3 gün süren bir yörünge görevini başarıyla tamamladı.
Görev sırasında mürettebat üyelerinden kan, idrar, tükürük gibi çeşitli biyolojik örnekler topladı ve bu örnekler üzerinde yapılan detaylı analizler sonucunda uzay uçuşunun bağışıklık sistemi, genetik yapı, metabolizma ve diğer birçok biyolojik süreç üzerindeki etkilerini incelemek için kullanıldı.
Örneğin, uzay uçuşunun telomer uzunluğunu artırdığı, bağışıklık sistemini aktive ettiği ve bazı genlerin ekspresyonunu değiştirdiği gibi bulgular elde edildi.
Inspiration4 mürettebatından toplanan biyolojik örnekler SOMA veri tabanına eklenerek uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkileri hakkında daha detaylı bilgilere ulaşılmasını sağlamıştır.
Bu veri seti özellikle Inspiration4 misyonunun tamamen sivil mürettebatından toplanan örneklerin analizini kapsar. Bu veriler genellikle 120, 180 veya 365 gün süren Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) tabanlı uzun süreli misyonlardan elde edilen verilerden farklıdır.
Tarihsel olarak astronot araştırma verilerine erişim gizlilik düzenlemeleri ve endişeleri nedeniyle kısıtlıydı ancak sivil kişilerin ticari uzay uçuşlarına katılabilmesiyle birlikte bu durum değişti.
Inspiration4 misyonundan neredeyse üç yıl sonra, bu misyonun biyolojik verileri, ticari astronot sağlık bilgilerini içeren ilk geniş kapsamlı açık erişim veritabanını oluşturmaktadır.
Veri setleri çevrimiçi bir web portalı ve bilimsel veri havuzları aracılığıyla erişilebilirken, genetik dizilim verileri gibi daha ayrıntılı verilere ve fiziksel örneklere ise kontrollü erişim sağlanmaktadır.
Bu uluslararası iş birliği, 100’den fazla kurum ve 25’ten fazla ülkeden ekiplerin katkılarıyla, uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki fizyolojik etkilerini detaylandıran derinlemesine bir analiz sunmaktadır.
2024 yılında yayımlanan bu koordine çalışma, uzay uçuşu sırasında gözlemlenen moleküler, hücresel, fizyolojik ve fenotipik değişiklikleri belgeleyen 44 makalenin senkronize olarak yayımlanmasını sağlamıştır.
Uzay Uçuşunun Genetik ve Hücresel Düzeydeki Etkileri Üzerine Kapsamlı Bir Çalışma
Uzay görevlerine katılan farklı yaş aralıklarında bulunan dört astronotun fizyolojik değişimlerini anlamak amacıyla kapsamlı bir çalışma gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışma, astronotların vücutlarından toplanan 13 farklı biyolojik örnek üzere tam genom dizilemesi, RNA dizilemesi, protein ve metabolit analizleri gibi çok sayıda omik tekniği kullanarak gerçekleştirilmiştir.
Böylece, astronotların genetik yapılarından hücresel düzeydeki değişimlerine kadar pek çok farklı biyolojik süreç hakkında detaylı bilgi elde edilmiştir.
Elde edilen veriler, daha önceki uzay görevlerinden elde edilen verilerle birleştirilerek, uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkileri hakkında daha kapsamlı bir anlayış oluşturulmasına katkıda bulunmuştur.
Bununla birlikte, çalışma sadece gen ekspresyonu düzeyindeki değişiklikleri değil, aynı zamanda RNA moleküllerinin yapısındaki değişiklikleri de incelemiştir.
RNA izoformları ve RNA modifikasyonları (epitranskriptom) üzerine yapılan analizler, uzay uçuşunun genetik bilginin okunma ve kullanılma şeklini nasıl etkilediğini daha iyi anlamamızı sağlamıştır.
Çalışmada astronotların cilt biyopsileri üzerinde gerçekleştirilen mekansal transkriptomik analizler, uzay uçuşu öncesi ve sonrası cilt dokusunda gen ekspresyonundaki değişimleri detaylı bir şekilde ortaya koymuştur.
Ayrıca serbest dolaşan RNA (cfRNA) profilleme ile uzay uçuşunun kan dolaşımındaki RNA moleküllerinin bileşimini ve miktarını nasıl etkilediği incelenmiştir.
Elde edilen veriler uzay seyahatinin sistemik bir fizyolojik yanıtı tetiklediğini ve bu yanıtın, çeşitli zaman noktalarında farklı genlerin ve RNA türlerinin farklı seviyelerde ifade edilmesiyle karakterize olduğunu göstermektedir.
Bu kapsamlı çalışma, uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkilerini moleküler düzeyde anlamak için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Elde edilen bulgular, gelecekteki uzay görevlerinde astronotların sağlığını korumak ve uzun süreli uzay seyahatlerinin fizyolojik etkilerini daha iyi anlamak için önemli bir adım teşkil etmektedir.
Özellikle, telomer uzaması, genetik düzenlemedeki değişiklikler ve hücresel stres yanıtları gibi mekanizmaların daha detaylı olarak incelenmesi, uzay biyolojisi alanında ve dünya üzerindeki birçok hastalığın tedavisinde de yeni ufuklar açabilir.
Şekil. Astronotların omik verileri ve zaman serisi analizleri ile ilgili derleme. a. Omik ve biyokimyasal analizler b. Zaman dilimleri c. Uzay uçuşu çalışmalarında daha önce uygulanan test türlerine dair işaretler (Image Credit: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07639-y )
Gelecekteki Araştırma Alanları
SOMA projesi ile elde edilen veriler gelecekteki araştırmalar için önemli bir kaynak olacaktır. Bu veriler sayesinde;
- Uzay uçuşunun uzun vadeli etkileri,
- Farklı bireyler arasındaki genetik farklılıkların uzay uçuşuna verdiği tepkiler,
- Uzayda yaşama adaptasyon mekanizmaları,
- Telomer uzunluğu dinamikleri,
- DNA metilasyonu,
- Kodlama dışı RNA’lar ve saç kökleri,
- Gözyaşı,
- Sperm,
gibi ek biyolojik örnek türlerinde meydana gelen değişiklikleri kapsayan kısa ve uzun vadeli sağlık etkilerini ayrıntılı bir şekilde incelemek için daha kapsamlı biyomedikal profil oluşturma çalışmaları gerçekleştirilebilir.
Ayrıca yapay zeka ve makine öğrenim gibi teknolojilerin kullanılması ile bu verilerden daha fazla bilgi çıkarılabilir ve kişiselleştirilmiş tedavi yöntemleri geliştirilebilir.
Yapay zeka uzmanlarının tavsiyelerine göre, uzay verilerinin NASA Açık Bilim Veri Deposu (OSDR) içinde arşivlenmesi önemlidir.
Omik veriler kullanılarak uzay uçuşunun fizyolojik etkilerinin yaşlanma, kronik hastalıklar ve bağışıklık sistemi bozukluklarıyla karşılaştırılması Dünya’daki tedavi yöntemlerine ışık tutabilir.
