Cela commence avec un instrument. Puis un autre se joint à vous. Avant que vous ne vous en rendiez compte, une grande symphonie joue sous vos yeux. Les chercheurs de la NASA Twins Study sont impatients d'intégrer leurs résultats et de créer une symphonie de la science.

Les résultats préliminaires ont été discutés lors de l'atelier des chercheurs du programme de recherche humaine en janvier, et maintenant l'enthousiasme abonde alors que le processus d'intégration commence. Les chercheurs forment un groupe unique de chercheurs possédant différentes expertises associées aux domaines d'étude génétiques et physiologiques.

Alors que Scott Kelly a passé un an dans l'espace à bord de la station spatiale, son frère jumeau identique, l'astronaute à la retraite Mark Kelly, passé cette année-là sur Terre. La comparaison des échantillons biologiques des jumeaux fournira des informations importantes sur la façon dont les vols spatiaux affectent le corps humain. Ces études génétiques novatrices aideront la NASA à assurer la sécurité des astronautes lors d'un voyage vers Mars.

La symphonie commence par des données. Big Data. L'étude Twins a été établie en tant qu'étude pilote multi-omique pour le partage de données. Typiquement, la recherche est effectuée individuellement et les résultats sont rendus publics dans des revues scientifiques qui lancent les discussions sur les résultats. Cependant, cette étude est différente. Dès le début, les chercheurs de l'étude Twins ont prévu d'intégrer leurs résultats avant de les publier.

Chaque enquête est comme un instrument. A lui seul, il joue de la musique en solo. Mais mettez-les tous ensemble et vous obtenez quelque chose d'incroyable.

"La beauté de cette étude réside dans l'intégration de riches ensembles de données physiologiques, informations neurocomportementales et moléculaires, on peut dessiner des corrélations et voir des modèles, " dit Tejaswini Mishra, Doctorat., chercheur à la Stanford University School of Medicine, qui crée la base de données intégrée, enregistrer les résultats et rechercher des corrélations. "Personne n'a jamais examiné aussi profondément un sujet humain et ne l'a présenté de manière aussi détaillée. La plupart des chercheurs combinent peut-être deux ou trois types de données, mais cette étude est l'une des rares à collecter de nombreux types de données et une quantité sans précédent de données. informations."

La prochaine étape de l'étude des jumeaux consiste à composer la symphonie. Au fur et à mesure que les chercheurs analyseront et compileront leurs données, ils partageront leurs analyses individuelles et intégratives avec l'équipe de Stanford dirigée par Mike Snyder, Doctorat., qui appliquera différentes méthodes pour l'intégrer davantage dans les grands ensembles de données et commencera à composer un ensemble magistral. Après ça, les enquêteurs commenceront à examiner l'ensemble de données intégré pour confirmer ou modifier leurs conclusions initiales.

« Il y a beaucoup de premières avec cette étude et cela la rend passionnante, " dit Brinda Rana, Doctorat., professeur agrégé de psychiatrie, École de médecine de l'Université de Californie à San Diego. "Une étude comparative avec un jumeau dans l'espace et un sur Terre n'a jamais été réalisée auparavant. Chaque enquête au sein de l'étude complète l'autre."

Les chercheurs considèrent l'étude comme un nouveau morceau de musique où ils apprennent leurs parties individuelles, puis se joignent au chef d'orchestre pour jouer la partition musicale. Grâce à l'intégration des données des marqueurs biochimiques, capacité cognitive, composition bactérienne intestinale, et des biomolécules (ADN, ARN, protéines, métabolites), ils espèrent identifier les effets moléculaires des vols spatiaux associés à la santé pour protéger les astronautes lors de futures missions.

"Les systèmes humains dans le corps sont tous entrelacés, c'est pourquoi nous devons considérer les données de manière holistique, " a déclaré Scott M. Smith, Doctorat., Responsable de la biochimie nutritionnelle de la NASA au Johnson Space Center. Il réalise des profils biochimiques sur les astronautes et ses recherches sont ciblées sur des métabolites spécifiques, produits finaux de diverses voies et processus biologiques.

"Si nous voyons des changements dans les protéines, nous pouvons regarder l'ARN, et si nous voyons des changements dans l'ARN, nous pouvons regarder l'ADN, dit Rana. « En intégrant les données, nous pouvons établir une chronologie pour nous donner une indication s'il s'agit d'un précurseur ou d'un résultat de la génétique. Un gène spécifique régule-t-il les protéines ou modifie-t-il d'autres gènes ? Une fois que nous savons, nous pouvons établir la cause et l'effet et utiliser des molécules pour mesurer ."

Parfois, la science nous surprend.

Susan Bailey, Doctorat., professeur de biologie du cancer des rayonnements et d'oncologie, Collège de médecine vétérinaire et des sciences biomédicales, Université d'État du Colorado, reçu des résultats préliminaires contraires à son hypothèse. Les télomères raccourcissent à mesure que nous vieillissons, elle s'attendait donc à voir les télomères de Scott Kelly raccourcir après avoir vécu dans l'espace près d'un an. Mais à sa grande surprise, les résultats préliminaires ont montré une augmentation de la longueur moyenne des télomères ou une augmentation de la population de cellules qui ont des télomères plus longs. Par conséquent, elle cherche des données mécanistes pour expliquer ce qu'elle voit. Pour déterminer s'il s'agit d'une anomalie ou non, elle regarde le programme d'exercices de Scott, les journaux alimentaires et les données comportementales. Elle examine également les données d'Andy Feinberg, MARYLAND., M.P.H., réalisateur, Centre d'épigénétique, École de médecine de l'Université Johns Hopkins, qui analyse les schémas de méthylation, un facteur majeur dans la régulation et l'expression des gènes, tels que quels gènes sont activés et désactivés.

Bailey will also look at data from Chris Mason, Doctorat., associate professor, Department of Physiology and Biophysics Weill Cornell Medicine, for mutations in the promoter region of the telomerase, to help form a correlation and confirm or refute her preliminary finding.

Mason said, "Both the universe and the human body are complicated systems and we are studying something hard to see. It's like having a new flashlight that illuminates the previously dark gears of molecular interactions. It is a more comprehensive way to conduct research."

"There is no doubt, the learnings from integrating our data will be priceless, " said Emmanuel Mignot, MARYLAND., Doctorat., director of Center for Sleep Science and Medicine, Stanford University School of Medicine. He studies the immune system and is enthusiastic to study specific immune cell populations because many of the other immune studies focus only on general factors.

The orchestra is only warming up now. As the data from individual investigations start filtering into the integrated composition, researchers and NASA eagerly await the results. When the full score of integrated data is ready, the summary of results will be published in late 2017 or early 2018. After that, individual investigators will publish theme papers with more detailed findings of the various investigations. As NASA embarks on its next journey, the results of the Twins Study will provide a front-row seat in this grand performance of human exploration.