中国空间站实验“剧透”：巨细不遗解码生命

　　中国空间站实验“剧透”：巨细不遗解码生命

　　作者：钱童心

　　太空实验的成果已经逐步渗透到人们的日常生活中。

　　中国空间站投入运营后，会开展哪些有意思的科学实验？第一财经近日从航天神舟生物科技集团有限公司(下称“航天神舟生物”)了解到，未来空间生命科学与生物医药将会成为中国空间站展开科学实验的重点方向之一。

　　在国际空间站上，已经有国际领军医疗企业开展生命科学与生物技术相关实验，并取得突破性的研究成果。航天神舟生物副总经理吴城锦对第一财经记者表示：“在空间生命科学和空间生物医药领域，国内外的市场表现和需求都很强劲。”

　　一位中科院研究员对第一财经记者表示：“空间站能够提供长期的微重力以及高辐射和舱外极端环境实验条件，能够为开展多学科、系列化的空间研究提供基础设施。”

　　此外，由于未来的长期太空飞行任务将使人类重返月球，并有望将他们送往火星，科学家们希望尽可能多地了解微重力和辐射对人体的潜在影响，比如太空飞行如何影响人类的心脏、肌肉和眼睛等身体组织和器官。

　　中国载人航天工程办公室主任助理季启明日前在新闻发布会上表示，中国载人航天工程自立项实施以来，在航天器技术、空间科学实验、航天员选拔训练等领域，与俄罗斯、德国、法国、比利时、意大利等国家的航天机构，以及联合国外空司、欧洲航天局等国际航天组织，开展了广泛的合作与交流。

　　他说，2016年以来，中国开展了与联合国外空司的合作，面向所有联合国成员国征集有意搭载到中国空间站的合作实验项目，已遴选出来自17个国家的9个项目。中国还将与联合国外空司紧密合作，适时发布第二轮合作机会公告。

　　实用技术促进生物产业发展

　　吴城锦表示，空间生命科学实验不仅帮助了解如何在太空中生活，其成果的转化也为地面产业带来巨大价值，能加深科学家对疾病机理机制的了解，推动创新型药品的研发。

　　他举例称，默沙东(MSD)、安进(Amgen)和美敦力(Medtronic)等跨国药企都已经在国际空间站展开药物和医疗器械实验。其中，默沙东利用在太空研究的蛋白质结晶改进了免疫检查点抑制剂形成和传递，开发出抗癌药物“帕博利珠单抗”，也就是俗称的“K药”；安进公司通过在国际空间站动物体内测试抑制分解骨骼的细胞单克隆抗体，开发出治疗骨质疏松的地诺单抗药物Prolia；美敦力开发的全球最小心脏起搏器Micra最初也是为太空环境设计。

　　“空间生命科学是伴随人类航天活动产生与发展起来的新兴学科，是空间科学的一个重要分支，属于空间科学与生命科学的交叉学科。”吴城锦对第一财经记者表示。

　　吴城锦援引数据称，美国每年在空间科学实验的研发经费大约是50亿美元。在国际空间站已经进行的3000多项科学实验中，生命科学相关的实验数量最多。近十年来，国际空间大国均把空间生命科学定位十大重点发展的学科之一。

　　吴城锦向第一财经记者介绍称，未来空间应用研究方向将包括空间生命科学和生物技术、空间材料科学、空间应用新技术以及航天医学等领域。

　　中国空间站的主体包括一个已经发射的核心舱“天和”以及未来即将发射的两个实验舱，其中两个实验舱主要用于支持开展空间科学与应用研究，并配备了科学实验柜，用于开展航天医学、空间生命学与生物技术、微重力流体物理与燃烧科学等技术研究。

　　此外，空间站还提供机械臂在轨操作支持、上下行运输支持以及飞行乘组支持，其中有效载荷主要通过货运飞船上行，少量实验样品可由神舟载人飞船下行返回地球。载人飞船和货运飞船可在运输过程为有效载荷供电、提供信息和热控支持。

　　航天神舟生物由中国空间技术研究院与华润集团合资成立，业务领域包括生物医药、生物保健品和种业等。2019年，华润集团向该公司注资超8亿元人民币，投入空间生物技术产业。

　　据航天神舟生物介绍，该公司已经在太空进行了多肽生物信息储存太空稳定性实验和益生菌菌株空间诱变实验等极具应用前景和价值的空间实验。

　　2020年5月5日，长征五号B运载火箭将新一代载人飞船试验船送入地球轨道，同时“上天”的还有存储3种数据类型的多肽生物存储器，其主要目的是验证多肽生物存储器在太空任务中存储信息的稳定性及优化信息表达的有效性。

　　吴城锦向第一财经记者介绍称，相比现有的商用数据存储技术以及DNA等其他研发中的存储技术，多肽生物存储技术具备存储密度更高、存放时间更久等优点，即使经过数百万年仍可进行测序。

　　这项科技可用于存储太空实验室大数据，也能广泛应用于会产生大数据并需要长时间存储的政府及商业机构，还可应用于存储需加密处理的数据，为我国的国防生物信息安全提供保障。

　　同样利用空间试验，华润旗下华润江中还在研发一种益生菌产品。太空诱变实验初步结果表明，鼠李糖乳杆菌M9经过太空诱变，其菌落形态发生了明显变化，较上天前菌落变得更大更黏，暗示该菌株益生特性可能发生变化。吴城锦表示，目前正开展太空诱变菌株基因组学以及代谢组学对比研究。

　　海外研究为人类太空移民做准备

　　在太空中，历经微重力与高辐射环境的宇航员，会遇到各样生理指标的改变。如肌肉(包括心脏)萎缩、骨密度降低、体液流动重置、颅压增高、视力下降、免疫系统紊乱等。太空中，不单只是心脏会变圆，连整个人体都会向更均匀的球状发展。

　　今年3月，美国心脏协会《循环》杂志发表一项新的研究显示，在国际空间站创纪录地待了340天的美国宇航员斯科特·凯利(ScottKelly)的心脏发生了收缩，尽管他一年内每周锻炼6天。

　　这一研究结果表明，长期失重会改变心脏结构，导致收缩或萎缩，而低强度运动不足以阻止这种情况发生。但研究认为，尽管在极端的环境条件下，人类的心脏也能够适应新的负荷，因此心脏收缩不会造成任何长期的不良影响。

　　上述研究还评估了失重和太空辐射状态下心脏动脉的变化。科学家使用计算机断层扫描血管造影检查宇航员在飞行前后的冠状动脉，发现了房颤以及快速、不规则的心跳，也就是所谓的心律失常等现象。

　　近期发表在《美国医学会眼科》(JAMA Opthalmology)杂志上的一项新研究则对凯利和另一位俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科(Mikhail Kornienko)的眼部变化进行研究，发现两人的眼睛都经历了多次结构性变化，其中一人出现轻度视盘水肿。研究人员表示，如果肿胀严重并持续很长时间，视觉功能可能会受到影响。

　　研究人员认为，他们的最新发现证明，需要收集可靠的测量数据来持续监测宇航员返回地球后的眼部结构变化。该团队还将研究视网膜内血流的变化，并想了解为什么一些宇航员比另一些宇航员经历了更大的眼部变化。这些信息可以帮助研究团队开发出预防与太空飞行相关的神经-眼部综合征(SANS)的方法。

　　而日本科学家已经在探索人类如何在太空中繁衍后代。

　　上周，由日本山梨大学发育生物学家若山照彦(Teruhiko Wakayama)教授领导的团队在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表论文，研究人员在实验中首次使用国际空间站在轨储存5年零10个月的小鼠冷冻精子，成功繁殖了健康小鼠。

　　这表明哺乳动物在地球以外空间繁殖的可能性，也会对人类未来探索宇宙产生重要影响。如果将来需要执行长时间的空间任务，那么这种方法也许可以用于人类在太空中的繁殖。

　　这不仅是最长一次国际空间站在轨实验室的生物学研究，也是全球首个涉及哺乳动物生殖细胞的空间研究。该实验的主要目的是为了比较长期暴露在太空辐射下的精子受精能力与地球上存储精子的受精能力是否会有所不同。太空的辐射量是地球的170倍，这种高辐射水平会被地球大气层削弱。

　　人们担心更高的辐射水平可能会促使有害突变的发生，而失重的条件可能会阻碍胚胎发育。对此，若山教授表示：“如果空间辐射导致突变，那么繁殖的下一代也会有所改变。如果动物在太空中生活了很多代，那么突变就会累积。我们必须知道如何防范这种情况发生。”

　　在下一步的研究中，科学家计划对失重条件下培育的小鼠胚胎进行研究。若山教授称，今年8月，研究人员将把冷冻的早期小鼠胚胎送到国际空间站进行零重力条件下的解冻和培养。

　　尽管在太空中繁衍后代今天听起来似乎不可思议，但人类的发展空间已经延伸至地球以外，不仅建立了大型空间站，还计划在月球、火星等星球上建立移民基地。新技术的开发还有望将宇航员送往太阳系以外的目的地，进行更为漫长的任务。

　　研究人员估计，冷冻干燥的精子在国际空间站中可以安全地储存约200年。他们还表示，由于精子体积小、重量轻，运输成本低廉，这使得动物生殖细胞可以像植物种子一样容易地进行空间站储存。