'Gene tối' trỗi dậy - mối đe dọa đáng sợ khi con người du hành vũ trụ

Môi trường vi trọng lực ảnh hưởng đến xương, cơ, thị lực của phi hành gia và khiến tế bào gốc trong cơ thể 'già đi' nhanh chóng. Điều đáng chú ý, quá trình này gắn liền với sự kích hoạt những đoạn DNA ẩn sâu trong bộ gene, còn gọi là 'gene tối'.

Các thí nghiệm được tiến hành trong bốn chuyến tiếp tế Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) do SpaceX vận hành, kéo dài từ cuối năm 2021 đến đầu năm 2023.

Tế bào gốc vốn có mặt khắp cơ thể và có khả năng tự tái tạo hoặc biến thành tế bào máu, xương, não, đóng vai trò duy trì, sửa chữa sự sống. Tuy nhiên khi ra ngoài vũ trụ, chức năng này giảm sút rõ rệt.

"Trong môi trường không gian, tế bào gốc mất dần khả năng tái tạo và phục hồi. Đây là thông tin quan trọng cần nắm cho các sứ mệnh vũ trụ dài hạn", giáo sư Catriona Jamieson, giám đốc Viện Tế bào gốc Sanford (Mỹ), nhấn mạnh.

Công trình do NASA tài trợ một phần, đăng trên tạp chí Cell Stem Cell, cũng là nghiên cứu đầu tiên quan sát trực tiếp cách tế bào gốc hoạt động ở quỹ đạo thấp Trái đất, theo thời gian thực.

Để theo dõi, nhóm nghiên cứu đã chế tạo bioreactor, thiết bị cỡ điện thoại tích hợp hệ thống giám sát bằng trí tuệ nhân tạo. Tế bào gốc tủy xương, lấy từ bệnh nhân thay khớp háng, được đặt lên giá thể vô trùng và đưa lên ISS.

Thông thường, tế bào gốc "ngủ" tới 80% thời gian để duy trì năng lượng. Nhưng trong không gian, chúng không còn nghỉ ngơi, liên tục hoạt động và nhanh chóng kiệt sức.

"Khi tế bào gốc tỉnh dậy, chúng không ngủ lại, khiến chức năng suy giảm. Nếu tế bào bị cạn kiệt dưới áp lực như vi trọng lực, hệ miễn dịch sẽ không còn duy trì tốt", Jamieson giải thích.

Một số mẫu tế bào sống sót đến 45 ngày trên ISS nhưng do làm việc quá sức, chúng đốt sạch năng lượng dự trữ, lão hóa nhanh và mất dần khả năng sản sinh tế bào mới.

Hiện tượng này còn gắn liền với việc kích hoạt "gene tối", những đoạn DNA lặp lại, chiếm tới 55% bộ gene người. Đây là tàn dư từ retrovirus xâm nhập cơ thể tổ tiên hàng nghìn năm trước.

"Dưới áp lực cực lớn, những đoạn gene này được đánh thức. Chúng đẩy tế bào gốc vào vòng xoáy suy thoái, khủng hoảng và lão hóa nhanh", Jamieson cho biết.

Bà so sánh quá trình này với những gì quan sát ở bệnh nhân tiền bạch cầu, nơi tế bào gốc cũng rơi vào trạng thái căng thẳng và có nguy cơ biến đổi thành ung thư máu.

Một điểm tích cực là theo dữ liệu sơ bộ, khi phi hành gia trở về Trái đất, tế bào gốc có thể hồi phục, dù quá trình này kéo dài tới một năm. Điều đó không chỉ mở ra giải pháp bảo vệ sức khỏe trong vũ trụ, mà còn mang lại lợi ích cho điều trị ung thư và bệnh thoái hóa ở Trái đất.

"Những phát hiện này cho thấy các chuyến bay dài hạn có thể làm suy yếu hệ miễn dịch và hệ máu. Đồng thời, chúng giúp chúng ta hiểu hơn về cơ chế lão hóa để phát triển liệu pháp làm chậm hoặc đảo ngược quá trình này", tiến sĩ Arun Sharma (Trung tâm y tế Cedars-Sinai, Mỹ) nhận định.

Theo các nhà nghiên cứu, việc biết trước nguy cơ từ môi trường quỹ đạo thấp cho phép chúng ta phát triển chiến lược phòng ngừa, đồng thời mang lại tiến bộ y học cho bệnh nhân trên Trái đất.