中國空間站實驗“劇透”：巨細不遺解碼生命

　　作者：錢童心

　　太空實驗的成果已經逐步滲透到人們的日常生活中。

　　中國空間站投入運營后，會開展哪些有意思的科學實驗？第一財經近日從航天神舟生物科技集團有限公司(下稱“航天神舟生物”)了解到，未來空間生命科學與生物醫藥將會成為中國空間站展開科學實驗的重點方向之一。

　　在國際空間站上，已經有國際領軍醫療企業開展生命科學與生物技術相關實驗，并取得突破性的研究成果。航天神舟生物副總經理吳城錦對第一財經記者表示：“在空間生命科學和空間生物醫藥領域，國內外的市場表現和需求都很強勁。”

　　一位中科院研究員對第一財經記者表示：“空間站能夠提供長期的微重力以及高輻射和艙外極端環境實驗條件，能夠為開展多學科、系列化的空間研究提供基礎設施。”

　　此外，由于未來的長期太空飛行任務將使人類重返月球，并有望將他們送往火星，科學家們希望盡可能多地了解微重力和輻射對人體的潛在影響，比如太空飛行如何影響人類的心臟、肌肉和眼睛等身體組織和器官。

　　中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明日前在新聞發布會上表示，中國載人航天工程自立項實施以來，在航天器技術、空間科學實驗、航天員選拔訓練等領域，與俄羅斯、德國、法國、比利時、意大利等國家的航天機構，以及聯合國外空司、歐洲航天局等國際航天組織，開展了廣泛的合作與交流。

　　他說，2016年以來，中國開展了與聯合國外空司的合作，面向所有聯合國成員國征集有意搭載到中國空間站的合作實驗項目，已遴選出來自17個國家的9個項目。中國還將與聯合國外空司緊密合作，適時發布第二輪合作機會公告。

　　實用技術促進生物產業發展

　　吳城錦表示，空間生命科學實驗不僅幫助了解如何在太空中生活，其成果的轉化也為地面產業帶來巨大價值，能加深科學家對疾病機理機制的了解，推動創新型藥品的研發。

　　他舉例稱，默沙東(MSD)、安進(Amgen)和美敦力(Medtronic)等跨國藥企都已經在國際空間站展開藥物和醫療器械實驗。其中，默沙東利用在太空研究的蛋白質結晶改進了免疫檢查點抑制劑形成和傳遞，開發出抗癌藥物“帕博利珠單抗”，也就是俗稱的“K藥”；安進公司通過在國際空間站動物體內測試抑制分解骨骼的細胞單克隆抗體，開發出治療骨質疏松的地諾單抗藥物Prolia；美敦力開發的全球最小心臟起搏器Micra最初也是為太空環境設計。

　　“空間生命科學是伴隨人類航天活動產生與發展起來的新興學科，是空間科學的一個重要分支，屬于空間科學與生命科學的交叉學科。”吳城錦對第一財經記者表示。

　　吳城錦援引數據稱，美國每年在空間科學實驗的研發經費大約是50億美元。在國際空間站已經進行的3000多項科學實驗中，生命科學相關的實驗數量最多。近十年來，國際空間大國均把空間生命科學定位十大重點發展的學科之一。

　　吳城錦向第一財經記者介紹稱，未來空間應用研究方向將包括空間生命科學和生物技術、空間材料科學、空間應用新技術以及航天醫學等領域。

　　中國空間站的主體包括一個已經發射的核心艙“天和”以及未來即將發射的兩個實驗艙，其中兩個實驗艙主要用于支持開展空間科學與應用研究，并配備了科學實驗柜，用于開展航天醫學、空間生命學與生物技術、微重力流體物理與燃燒科學等技術研究。

　　此外，空間站還提供機械臂在軌操作支持、上下行運輸支持以及飛行乘組支持，其中有效載荷主要通過貨運飛船上行，少量實驗樣品可由神舟載人飛船下行返回地球。載人飛船和貨運飛船可在運輸過程為有效載荷供電、提供信息和熱控支持。

　　航天神舟生物由中國空間技術研究院與華潤集團合資成立，業務領域包括生物醫藥、生物保健品和種業等。2019年，華潤集團向該公司注資超8億元人民幣，投入空間生物技術產業。

　　據航天神舟生物介紹，該公司已經在太空進行了多肽生物信息儲存太空穩定性實驗和益生菌菌株空間誘變實驗等極具應用前景和價值的空間實驗。

　　2020年5月5日，長征五號B運載火箭將新一代載人飛船試驗船送入地球軌道，同時“上天”的還有存儲3種數據類型的多肽生物存儲器，其主要目的是驗證多肽生物存儲器在太空任務中存儲信息的穩定性及優化信息表達的有效性。

　　吳城錦向第一財經記者介紹稱，相比現有的商用數據存儲技術以及DNA等其他研發中的存儲技術，多肽生物存儲技術具備存儲密度更高、存放時間更久等優點，即使經過數百萬年仍可進行測序。

　　這項科技可用于存儲太空實驗室大數據，也能廣泛應用于會產生大數據并需要長時間存儲的政府及商業機構，還可應用于存儲需加密處理的數據，為我國的國防生物信息安全提供保障。

　　同樣利用空間試驗，華潤旗下華潤江中還在研發一種益生菌產品。太空誘變實驗初步結果表明，鼠李糖乳桿菌M9經過太空誘變，其菌落形態發生了明顯變化，較上天前菌落變得更大更黏，暗示該菌株益生特性可能發生變化。吳城錦表示，目前正開展太空誘變菌株基因組學以及代謝組學對比研究。

　　海外研究為人類太空移民做準備

　　在太空中，歷經微重力與高輻射環境的宇航員，會遇到各樣生理指標的改變。如肌肉(包括心臟)萎縮、骨密度降低、體液流動重置、顱壓增高、視力下降、免疫系統紊亂等。太空中，不單只是心臟會變圓，連整個人體都會向更均勻的球狀發展。

　　今年3月，美國心臟協會《循環》雜志發表一項新的研究顯示，在國際空間站創紀錄地待了340天的美國宇航員斯科特·凱利(ScottKelly)的心臟發生了收縮，盡管他一年內每周鍛煉6天。

　　這一研究結果表明，長期失重會改變心臟結構，導致收縮或萎縮，而低強度運動不足以阻止這種情況發生。但研究認為，盡管在極端的環境條件下，人類的心臟也能夠適應新的負荷，因此心臟收縮不會造成任何長期的不良影響。

　　上述研究還評估了失重和太空輻射狀態下心臟動脈的變化。科學家使用計算機斷層掃描血管造影檢查宇航員在飛行前后的冠狀動脈，發現了房顫以及快速、不規則的心跳，也就是所謂的心律失常等現象。

　　近期發表在《美國醫學會眼科》(JAMA Opthalmology)雜志上的一項新研究則對凱利和另一位俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科(Mikhail Kornienko)的眼部變化進行研究，發現兩人的眼睛都經歷了多次結構性變化，其中一人出現輕度視盤水腫。研究人員表示，如果腫脹嚴重并持續很長時間，視覺功能可能會受到影響。

　　研究人員認為，他們的最新發現證明，需要收集可靠的測量數據來持續監測宇航員返回地球后的眼部結構變化。該團隊還將研究視網膜內血流的變化，并想了解為什么一些宇航員比另一些宇航員經歷了更大的眼部變化。這些信息可以幫助研究團隊開發出預防與太空飛行相關的神經-眼部綜合征(SANS)的方法。

　　而日本科學家已經在探索人類如何在太空中繁衍后代。

　　上周，由日本山梨大學發育生物學家若山照彥(Teruhiko Wakayama)教授領導的團隊在《科學進展》(Science Advances)雜志上發表論文，研究人員在實驗中首次使用國際空間站在軌儲存5年零10個月的小鼠冷凍精子，成功繁殖了健康小鼠。

　　這表明哺乳動物在地球以外空間繁殖的可能性，也會對人類未來探索宇宙產生重要影響。如果將來需要執行長時間的空間任務，那么這種方法也許可以用于人類在太空中的繁殖。

　　這不僅是最長一次國際空間站在軌實驗室的生物學研究，也是全球首個涉及哺乳動物生殖細胞的空間研究。該實驗的主要目的是為了比較長期暴露在太空輻射下的精子受精能力與地球上存儲精子的受精能力是否會有所不同。太空的輻射量是地球的170倍，這種高輻射水平會被地球大氣層削弱。

　　人們擔心更高的輻射水平可能會促使有害突變的發生，而失重的條件可能會阻礙胚胎發育。對此，若山教授表示：“如果空間輻射導致突變，那么繁殖的下一代也會有所改變。如果動物在太空中生活了很多代，那么突變就會累積。我們必須知道如何防范這種情況發生。”

　　在下一步的研究中，科學家計劃對失重條件下培育的小鼠胚胎進行研究。若山教授稱，今年8月，研究人員將把冷凍的早期小鼠胚胎送到國際空間站進行零重力條件下的解凍和培養。

　　盡管在太空中繁衍后代今天聽起來似乎不可思議，但人類的發展空間已經延伸至地球以外，不僅建立了大型空間站，還計劃在月球、火星等星球上建立移民基地。新技術的開發還有望將宇航員送往太陽系以外的目的地，進行更為漫長的任務。

　　研究人員估計，冷凍干燥的精子在國際空間站中可以安全地儲存約200年。他們還表示，由于精子體積小、重量輕，運輸成本低廉，這使得動物生殖細胞可以像植物種子一樣容易地進行空間站儲存。