Inizia con uno strumento. Poi un altro si unisce. Prima che tu te ne accorga, una grande sinfonia sta suonando davanti ai tuoi occhi. I ricercatori della NASA Twins Study sono desiderosi di integrare i loro risultati e creare una sinfonia di scienza.

I risultati preliminari sono stati discussi durante il seminario sugli investigatori del programma di ricerca umana a gennaio, e ora l'entusiasmo abbonda mentre inizia il processo di integrazione. I ricercatori sono un gruppo unico di ricercatori con diverse competenze associate ad aree di studio genetiche e fisiologiche.

Mentre Scott Kelly ha trascorso un anno nello spazio a bordo della stazione spaziale, suo fratello gemello identico, l'astronauta in pensione Mark Kelly, trascorso quell'anno sulla Terra. Il confronto dei campioni biologici dei gemelli fornirà importanti informazioni su come il volo spaziale influenzi il corpo umano. Questi studi genetici pionieristici aiuteranno la NASA a proteggere gli astronauti durante un viaggio su Marte.

La sinfonia inizia con i dati. Grandi dati. Il Twins Study è stato istituito come studio pilota multi-omico per la condivisione dei dati. Tipicamente, la ricerca viene svolta individualmente e i risultati vengono resi pubblici su riviste scientifiche che danno il via alle discussioni sui risultati. Però, questo studio è diverso. Dall'inizio, i ricercatori dello studio sui gemelli hanno pianificato di integrare i loro risultati prima della pubblicazione.

Ogni indagine è come uno strumento. Da solo, suona musica da solista. Ma mettili tutti insieme e hai qualcosa di incredibile.

"La bellezza di questo studio è quando si integrano ricchi set di dati di dati fisiologici, informazioni neurocomportamentali e molecolari, si possono tracciare correlazioni e vedere schemi, " disse Tejaswini Mishra, dottorato di ricerca, ricercatore presso la Stanford University School of Medicine, chi sta creando il database integrato, registrare i risultati e cercare correlazioni. "Nessuno ha mai esaminato così a fondo un soggetto umano e ne ha profilato il profilo in questo dettaglio. La maggior parte dei ricercatori combina forse due o tre tipi di dati, ma questo studio è uno dei pochi che sta raccogliendo molti tipi diversi di dati e una quantità senza precedenti di informazione."

Il prossimo passo nello studio sui gemelli è comporre la sinfonia. Mentre i singoli ricercatori analizzano e compilano i loro dati, condivideranno le loro analisi individuali e integrative con il team di Stanford guidato da Mike Snyder, dottorato di ricerca, che applicheranno metodi diversi per integrarlo ulteriormente in set di big data e iniziare a comporre un insieme magistrale. Dopo di che, i ricercatori inizieranno a rivedere il set di dati integrato per confermare o modificare i risultati iniziali.

"Ci sono molte novità in questo studio e questo lo rende emozionante, " disse Brinda Rana, dottorato di ricerca, professore associato di psichiatria, Scuola di Medicina dell'Università della California a San Diego. "Uno studio comparativo con un gemello nello spazio e uno sulla Terra non è mai stato fatto prima. Ogni indagine all'interno dello studio integra l'altra".

I ricercatori considerano lo studio come un nuovo brano musicale in cui imparano le loro parti individuali e poi si uniscono al direttore d'orchestra per suonare la partitura musicale. Attraverso l'integrazione di dati provenienti da marcatori biochimici, abilità cognitive, composizione batterica intestinale, e biomolecole (DNA, RNA, proteine, metaboliti), sperano di identificare gli effetti molecolari associati alla salute del volo spaziale per proteggere gli astronauti nelle missioni future.

"I sistemi umani nel corpo sono tutti interconnessi, motivo per cui dovremmo visualizzare i dati in modo olistico, " ha detto Scott M. Smith, dottorato di ricerca, Direttore della NASA per la biochimica nutrizionale presso il Johnson Space Center. Conduce profili biochimici sugli astronauti e la sua ricerca è mirata a specifici metaboliti, prodotti finali di vari percorsi e processi biologici.

"Se vediamo cambiamenti nelle proteine, allora possiamo guardare l'RNA, e se vediamo cambiamenti nell'RNA allora possiamo guardare il DNA, disse Rana. "Integrando i dati possiamo creare una linea temporale per darci un'indicazione se si tratta di un precursore o di un risultato della genetica. Un gene specifico regola il cambiamento delle proteine ​​o agisce su altri geni? Una volta che lo sappiamo, possiamo stabilire causa ed effetto e utilizzare molecole per misurare ."

A volte la scienza ci sorprende.

Susan Bailey, dottorato di ricerca, professore di biologia e oncologia del cancro da radiazioni, Facoltà di Medicina Veterinaria e Scienze Biomediche, Università statale del Colorado, ricevuto risultati preliminari contrari alla sua ipotesi. I telomeri si accorciano con l'età, quindi si aspettava di vedere i telomeri di Scott Kelly accorciarsi dopo aver vissuto nello spazio quasi un anno. Ma con sua sorpresa, i risultati preliminari hanno mostrato un aumento della lunghezza media dei telomeri o un aumento della popolazione di cellule che hanno telomeri più lunghi. Perciò, sta cercando dati meccanicistici per spiegare cosa sta vedendo. Per determinare se si tratta di un'anomalia o meno, sta guardando il programma di esercizi di Scott, registri alimentari e dati comportamentali. Sta anche esaminando i dati di Andy Feinberg, M.D., MPH, direttore, Centro di Epigenetica, Scuola di Medicina della Johns Hopkins University, chi sta analizzando i modelli di metilazione, un fattore importante nella regolazione genica e nell'espressione genica, come quali geni vengono attivati ​​e disattivati.

Bailey will also look at data from Chris Mason, Ph.D., 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, M.D., Ph.D., 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.