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우주에 머무르면 모든 조직과 기관에서 미토콘드리아가 변화를 일으킨다.
미토놐ㄴ드리아 오작동은 니줄중으로 이어질 수 있어.
우주에서 모발이 자라지 않은 이유도 설명. 우주비행사에게 미토콘드리아 약물치료 필요

우주 여행은 미토콘드리아를 손상시킨다.
세포 발전소의 변화는 많은 우주 비행사 증상을 설명할 수 있다.

우주에서 세포 스트레스 :
우주 비행 후 전형적으로 나타나 는 결과는 궁극적으로 세포 발전소 미토콘드리아의 손상을 초래한다. 이것은 ISS에서 수행한 현재까지 의료 데이터에 대한 가장 포괄적인 분석이다. 우주에 머무르는 것은 거의 모든 조직과 기관에서 미토콘드리아를 변화시키고 이는 차례로 면역 체계, 지질 대사 및 심지어 모발 성장에 중대한 영향을 미친다. 

▲ 우주에 있으면 다양한 신체적 문제가 발생한다. 문제는 분명히 모두 공통된 뿌리를 가지고 있다.

우주여행은 건강에 해롭다.
방사선 노출 증가와 무중력 상태는 우주 비행사의 근육 소모, 뼈 손실 및 발열을 유발할 뿐만 아니라 심장 혈관계, 유전적 구성, 심지어 뇌까지도 손상시킨다. 그럼에도 불구하고 우주국은 이미 우주 비행사를 달과 화성으로 보내는 장기 임무를 계획하고 있다.

"멀티 오믹스(Multi-Omics)"로 원인 찾기

우주 임무 후에 나타날 수 있는 결과를 더 정확하게 아는 것은 매우 중요하다.
NASA의 Ames Research Center의 연구 책임자 아프신 베헤쉬티(Afshin Beheshti)는 "다양한 증상이 풍부하기 때문에 의문을 가졌다. 우리는 이러한 모든 관찰을 설명 할 수 있는 우주 비행사의 몸에 보편적인 메커니즘이 실행되고 있는지 알고 싶었다"고 말했다. 

▲ 실험 개요도 (자료:관련 논문)

이를 알아보기 위해 여러 산학연구팀이 'Muiti-Omics(다중 오믹스)'접근 방식을 사용해 세포 배양, 마우스 및 59명의 우주 비행사로부터 지금까지 사용 가능한 모든 데이터를 평가했다. 이를 위해 그들은 유전자 활동과 단백질 합성, 신진 대사 및 세포에서 장기 수준까지의 후성 게놈을 분석했다.

미토콘드리아는 항상 영향을 받는다.

놀라운 결과 :
"우리 모두는 서로 다른 조직과 특성을 조사했지만 모두 같은 결론에 도달했다. 우주에 있으면 미토콘드리아의 기능이 손상된다"고 워싱턴 DC의 Georgetown University의 Evagelia Laiakis는 말했다.
미토콘드리아는 우리 세포의 필수 구성 요소다. 왜냐하면 분자 ATP로 우리 몸의 모든 과정을 구동하는 에너지를 공급하기 때문이다.

이러한 전지 발전소가 더이상 제대로 작동하지 않는 것은 그에 따라 중요하다.
그러나 그것은 우주 비행사가 우주에서 오랜 시간을 보낼 때 정확히 일어나는 것처럼 보인다. "우리는 미토콘드리아의 규제에 어떤 일이 일어나고 있다는 사실을 다시금 알아차렸고, 그로 인해 다른 모든 것을 단계에서 벗어났다."라고 Beheshti는 설명합니다. "우리는 항상 사전에 모든 결과적 손상에 초점을 맞추었지만 연결을 보지 못했기 때문에 정말 놀랐다.“

▲ 미토콘드리아는 우리 세포의 발전소다.© Louisa Howard

모든 조직의 세포 스트레스

연구자들은 미토콘드리아의 유전자 활동과 신진대사가 조사한 모든 조직과 기관에서 현저하게 변화했음을 발 견했다.
“우리는 ISS에 있던 생쥐의 조직을 비교해 모든 곳에서 미토콘드리아 기능 장애를 보았다. 그런 다음 쥐의 간을 조사했고 미토콘드리아가 문제의 기초였다. 우리는 쥐의 눈을 보고 거기에서도 무언가를 발견했다”고 Beheshti는 말했다. 비슷한 것이 우주 비행사 샘플에서도 발견됐다.

종합 해보면, 분석은 우주에 머무르는 것이 미토콘드리아에 큰 스트레스를 가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 유전자 활동과 세포 내부 과정이 변하여 부분적으로 기능이 저하되기도 하고 과도하게 기능한다. 이것은 결국 거의 모든 조직에서 세포 스트레스를 증가시키고 공격적인 산화 반응에 대한 방어력을 감소시킨다고 연구진은 밝혔다.

면역 체계, 지질 대사 그리고 간에 대한 결과 

미토콘드리아 스트레스는 무엇보다도 우주 비행사의 혈액과 소변의 분해 산물에서 눈에 띄게되는데, 이는 DNA 손상과 면역 체계 및 대사 장애의 증가를 나타낸다.
T 방어 세포의 생산은 감소하지만 많은 염증성 메신저가 상향 조절된다.
모근조차도 미토콘드리아 변화의 영향을 받는다. 이것은 우주에서 모발 성장이 종종 정체되는 이유를 설명 할 수 있다.

▲ 우주 비행 마우스 근육 대사 A) 우주 비행의 영향으로 인한 글로벌 대사 체적 변화를 보여주는 GEDI 자체 구성지도. B) Progenesis QI의 이론적 단편화 스펙트럼을 사용한 카르니틴 및 말레이트 수준. (자료:관련논문)

간은 특히 영향을 받는다.
분석 결과에 따르면 간 세포는 우주 비행사에게 특히 활동적이고 스트레스를 받는다.
무엇보다도 간은 지질 대사를 담당하고 혈중 지질을 조절한다.

이것은 정확히 우주 비행사에게 균형을 맞지 않도록 하는 것이다. 그 결과 차례로 심혈관 질환의 위험을 증가시킨다. Beheshti와 그의 팀은 "미토콘드리아의 오작동은 뇌졸중과 같은 에피소드를 유발할 수 있다"고 보고했다.

우주 비행사를 위한 의약품?

종합하면 이것은 장기적인 우주 비행 임무가 이전에 예상했던 것보다 인간 생물학에 더 큰 영향을 미치는 것처럼 보인다는 것을 의미한다.
새로운 발견에 따르면, 우주에 머무르는 것은 일부 미토콘드리아 질병과 유사한 변화를 유발한다. 이것들과 비슷하게 전신에 영향을 미친다.

연구진은 "이는 효과적인 대책 없이는 그러한 여행을 거의 생존할 수 없게 만든다. 누적돼 장기적 결과를 초래할 수 있다"고 말했다.

여기에 일반적인 신체 훈련은 근육과 뼈 손실을 예방하는 데 도움이 된다.
하지만 동시에 간에 대한 부담을 강화하고 염증성 메신저 물질의 방출을 증가시킨다. 

과학자들의 의견에 따르면 미래의 우주 비행사는 미토콘드리아 질환 환자와 마찬가지로 적절한 약물치료를 받아야 한다.

Beheshti는 "이러한 약리학적 대응책의 개발을 촉진할 수 있는 다양한 미토콘드리아 질병에 대한 약물이 이미 있다"고 말했다. 이러한 활성 성분이 ‘우주 비행사 질병’에 얼마나 잘 도움이 되는지 가까운 미래에 ISS에서 테스트 할 수 있다. 초기에는 세포 배양과 마우스를 사용한다.
(Cell, 2020; doi : 10.1016 / j.cell.2020.11.002)
출처 : Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

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