太空旅行可能性成疑 听听科学家怎么说

2019 年 5 月 22 日，来自加拿大皇后大学的科学家们在渥太华机场登上了一架改装过的猎鹰 20 型飞机，计划进行了一次特殊的飞行：飞机以陡峭的抛物线反复爬升至 8 公里，与自由落体交替下降。在自由落体过程中，20 秒内以超过 3.3 公里的速度在飞机上工作，只有重力，没有升力、推力或阻力作用，导致失重。在这些困难条件下，科学家们的任务是测试复制 DNA 的酶在失重条件下是否与在地球上的条件下一样准确。这个问题对于未来的太空探索和太空旅行至关重要，因为宇航员和太空旅行者的健康将取决于他们的细胞分裂过程中准确的 DNA 复制。

DNA 聚合酶是复制和修复 DNA 的必需酶。然而，它们在催化DNA复制的时候并不完美：即使在最佳条件下，有时也会出错。在这里的研究表明源自大肠杆菌的 DNA 聚合酶I的大片段——（Klenow酶）在微重力下（例如在太空中）催化DNA复制更容易发生错误。该结果发表在最新一期的Frontiers in Cell and Developmental Biology 上。

先前的研究表明，在太空中，由于宇宙射线和太阳粒子的损伤，DNA 遭受更高的突变率——例如，单个核苷酸的替换、交联、倒位或缺失。直到现在还不清楚自然的 DNA 复制机制是否也受到太空失重条件的影响。如果 DNA 聚合酶在太空中变得不那么准确，那么随着DNA 的复制，已经很高的突变率将进一步增加。

来自皇后大学 的博士生Aaron Rosenstein 和他的导师Virginia K. Walker 教授在这里首次表明，在微重力下，源自大肠杆菌的 DNA 聚合酶的错误率始终较高。为了得到这个结果，Rosenstein 和来自皇后大学的团队成员参加了“加拿大减重力实验设计挑战”。他们设计了一个半自动微型实验室，以在抛物线飞行的失重阶段对 1000 个核苷酸长的工程 DNA 片段进行单轮复制。他们的结果可以推广到空间条件。

需要反复试验才能使微型实验室易于受晕动病研究人员的控制。对此，Rosenstein表示：“体验微重力是一种独特的体验。即使执行简单的任务，例如手动激活我们的迷你实验室，也会变得困难。我们被迫投入大量精力来提高我们迷你实验室的用户友好性，以使其更容易不仅在微重力下运行，而且在零重力抛物线完成后的后续 2G 超重力飞行阶段中运行。”

研究表明，单碱基取代率——核苷酸胸腺嘧啶(T) 与错误核苷酸配对的比率，被发现为10%，比在地面条件下高 140%。对于核苷酸A、C、G 和 T 之间的所有成对替换，以及对于 1 到 3 个核苷酸的随意缺失或插入，都发现了类似的突变率增加。正如预期的那样，准确性还取决于 DNA 聚合酶是否保留了3’-外切酶活性，该功能可以实时校对任何错配的核苷酸。

研究人员得出结论，再加上太空中更大的辐射风险，微重力下 DNA 复制的不准确可能会给宇航员在太空中的长期健康带来风险，例如计划执行的月球和火星任务。

就此问题，Walker 教授表示：“我们已经证明，类似于在线粒体中发现的 DNA 聚合酶 - 细胞的动力 - 在微重力下会犯更多错误。更大的损伤和降低的复制准确性的综合影响可能导致宇航员过早衰老。我们的结果表明设计旋转的重要性产生人造重力的宇宙飞船，以防止这些负面影响。我们很乐意被邀请在这样的飞船上重复我们的实验。”