根据威尔康奈尔医学和美国宇航局研究人员作为美国宇航局双胞胎研究的一部分的研究，长期太空飞行导致基因表达的变化比短途旅行更多，特别是免疫系统和DNA修复系统，该研究遵循唯一一组相同的双胞胎宇航员一年多了

威尔康奈尔医学生理学和生物物理学副教授克里斯托弗梅森博士领导了美国宇航局选择的10个科学家小组中的一个，以比较斯科特和马克凯利在斯科特和马克凯利之前，期间和之后的遗传，生理和行为变化。 2015-2016国际空间站为期一年的任务。马克过去曾执行过较短的太空任务，留在地球上，提供了一个基因相同的控制主题。

该研究结果于4月11日发表在“科学”杂志的封面上，表明斯科特经历了颈动脉增厚，视网膜增厚，体重减轻，肠道微生物移位，认知能力降低，DNA损伤和基因改变。表达，并在飞行过程中延长了称为端粒的染色体末端。返回地球后，端粒伸长被加速的缩短和损失所取代，这对细胞健康可能是负面影响。该研究将帮助科学家更好地了解宇航员在长期太空旅行中所经历的变化。它还可以帮助他们更好地治疗或防止长途太空飞行对宇航员健康造成的任何损害，特别是在美国宇航局和其他团体准备对火星进行为期三年的任务时。

“它为我们提供了未来宇航员的生物医学和分子路线图，”梅森博士说，他还是威尔康奈尔医学院计算生物医学计算基因组学副教授，阿尔瓦勒德·本·塔拉勒·本·阿卜杜拉齐兹·阿尔索德计算生物医学研究所， Feil家庭脑与心灵研究所神经科学副教授，Sandra和Edward Meyer癌症中心成员，以及WorldQuant定量预测计划主任。梅森博士领导了该研究的遗传，基因表达和表观遗传学研究。

包括来自威尔医学系的共同研究员Ari Melnick博士在内的10个研究小组于2014年3月被选中，他们只用了几个月的时间准备他们用来收集和分析Scott和Mark样本的方案。在执行任务期间，梅森博士的同事Francine Garrett-Bakelman博士，然后是梅森博士和梅尔尼克博士实验室的联合博士后研究员，在休斯敦收集了他送回地球的斯科特血液样本，并对其进行了分析。在36小时内。

该团队还观察了斯科特和马克在旅行前六个月以及斯科特回归后九个月的样本。他们正在寻找DNA中的突变或损伤以及确定哪些基因被打开或关闭的表观遗传变化。他们还观察了男性细胞产生的蛋白质的变化，以评估这些变化如何影响他们的健康。基因活动的一些变化，例如那些涉及骨形成或DNA修复的变化，是众所周知的，因为众所周知宇航员在重力作用下经历骨密度的降低以及在飞行期间暴露于DNA损伤辐射的情况增加。但他们也看到了线粒体基因活动的变化，这有助于身体产生能量，免疫系统基因表明长期旅行可能会增加身体的压力。使用来自Augustine MK Choi博士的实验室的新方法，威尔康奈尔医学院的Stephen和Suzanne Weiss院长以及康奈尔医学事务的教务长，调查人员还观察到更高量的线粒体DNA存在于无细胞DNA部分中。血液，是细胞应激的指标。

“基因表达发生了巨大变化，”梅森博士说。“在任务的最后六个月，基因表达的变化比任务的前半部分多六倍。”虽然斯科特返回地球后许多变化发生逆转，但仍有少数变化，包括认知缺陷，DNA损伤和T细胞激活的一些变化。

“我们还不知道这些变化是好还是坏，”梅森博士说。“这可能只是身体的反应，但基因是不安的，所以我们想知道为什么并跟踪它们以查看多长时间。”

该研究还可以帮助地球上的患者，特别是那些经常发生显着遗传变化并忍受辐射照射的癌症患者。在地球上研究一个健康的人类，以及一个暴露在太空中巨大压力因素的人，可以让科学家们对压力的正常反应以及身体能适应多少有新的见解。这可能有助于科学家将身体的正常应激反应与癌症，感染或其他压力因素相关的病理变化区分开来。

“这两位宇航员的研究可能比历史上任何其他人更深入，”梅森博士说，他也是Onegevity Health的联合创始人，股权利益相关者和顾问，该公司提供全面的分子肖像和基于纵向血液，遗传学和微生物组概况的综合分析，为个人健康提供定制建议。“它们让我们深入了解细胞，分子和生理变化，这些变化可以帮助我们了解人类可以忍受的范围。”

该研究还出现了有用的新工具，包括梅森博士团队创建的便携式DNA测序技术，宇航员将利用这些技术在未来的太空任务中对自己的DNA进行测序。2016年，在美国宇航局为期一年的生物分子测序仪任务期间，梅森博士及其同事证明DNA测序仪可以在国际空间站上运行。基于这一发现，梅森博士于2019年的小组在Nature Communications上发布了一种机器学习算法，揭示了该技术还可以检测空间中的表观遗传变化。这项工作由美国国家航空航天局和空间卫生转化研究所资助，以帮助国际空间站新的一年多任务并为火星做准备。

他说，通过提供可在现场使用的便携式测序工具，现在正在使用相同的技术来帮助控制疾病爆发，包括西非的埃博拉和巴西的Zika。通过康奈尔科技公司的一家名为Biotia的初创公司，为此。Mason是联合创始人和股权持有人，DNA测序仪也被用于几家国际医院，以追踪感染，帮助开发更快的DNA检测方法，适用于所有医院，包括纽约市。

“你不再需要等待数天或数周的DNA测序和分析，”梅森博士说。“你可以在几个小时内完成任务，无论是在地球上还是在国际空间站上。”