近日，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)生物學(xué)研究所孫野青教授團(tuán)隊(duì)在空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“空間輻射分子標(biāo)志物”、”空間輻射生物劑量評(píng)估”、“微重力與空間輻射聯(lián)合效應(yīng)”等關(guān)鍵詞在空間生命科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊npj Microgravity、Life Sciences in Space Research；輻射生物學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊International Journal of Radiation Biology；以及環(huán)境生物學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Science of the Total Environment、Chemosphere；生物信息學(xué)期刊BMC Genomics、Interdisciplinary Sciences Computational Life Sciences等雜志連續(xù)發(fā)表了20余篇系列研究論文。

空間輻射是長(zhǎng)期載人航天飛行中航天員健康所面臨的最重要的風(fēng)險(xiǎn)因素之一。隨著我國(guó)空間站和載人深空探索任務(wù)的規(guī)劃與實(shí)施，確保航天員在整個(gè)任務(wù)期間的健康和安全被認(rèn)為是空間生命科學(xué)和航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的首要任務(wù)，而其中的空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更是被視為亟需要解決的重要問(wèn)題之一。而利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行航天員空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在著很大的不確定性，這給輻射防護(hù)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。因此，相關(guān)研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

圖1 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性

空間輻射分子標(biāo)志物與輻射生物劑量評(píng)估技術(shù)，以及微重力等空間因素對(duì)輻射風(fēng)險(xiǎn)的影響等被認(rèn)為是影響空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確性的重要因素，如何篩選出特異性的空間輻射敏感性分子標(biāo)志物，并基于此解析微重力對(duì)空間輻射風(fēng)險(xiǎn)的影響是亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了：(1)基于耦合特征選擇的空間環(huán)境敏感性生物分子篩選方法，(2)基于保守性生物學(xué)過(guò)程跨物種識(shí)別輻射響應(yīng)分子標(biāo)志物的篩選方法，(3)基于單樣本網(wǎng)絡(luò)的空間環(huán)境敏感性基因識(shí)別方法，(4)基于遺傳算法和基因本體論的功能基因模塊識(shí)別算法，(5)基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和單分類(lèi)技術(shù)的功能基因預(yù)測(cè)算法，(6)基于超幾何分析的miRNA-功能基因模塊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析算法等關(guān)鍵技術(shù)，利用空間搭載條件下的小鼠、線(xiàn)蟲(chóng)等多組學(xué)數(shù)據(jù)，篩選并鑒定了一系列空間輻射敏感性分子標(biāo)志物，并建立了輻射生物有效劑量預(yù)測(cè)、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警的方法，解析了微重力對(duì)空間輻射風(fēng)險(xiǎn)的聯(lián)合效應(yīng)等。

圖2 基于保守性生物學(xué)過(guò)程跨物種識(shí)別輻射響應(yīng)分子標(biāo)志物

圖3 基于單樣本網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)識(shí)別空間環(huán)境敏感性基因

該研究團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的這些關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于輻射損傷過(guò)程關(guān)鍵分子靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、輻射損傷和健康風(fēng)險(xiǎn)的早期診斷和健康監(jiān)測(cè)、以及輻射生物醫(yī)學(xué)防護(hù)措施的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。部分技術(shù)已成功用于空間站工程空間輻射損傷評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，核應(yīng)急領(lǐng)域輻射劑量估算與環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以及放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域輻射生物有效劑量估算與個(gè)性化放療方案優(yōu)化等。

在上述研究的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了“空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與輻射生物學(xué)數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)”，“空間輻射敏感基因與功能數(shù)據(jù)庫(kù)”等，將研究得到的空間輻射和組學(xué)數(shù)據(jù)、輻射敏感基因、輻射敏感性生物過(guò)程和通路等進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，并提供輻射仿真、快速檢索、統(tǒng)計(jì)分析功能，為輻射損傷評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供了重要的數(shù)字化存儲(chǔ)、分析、仿真和評(píng)估平臺(tái)。

圖4 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與輻射生物學(xué)數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)

圖5 空間輻射敏感基因與功能數(shù)據(jù)庫(kù)

該工作得到空間站工程空間應(yīng)用系統(tǒng)第二批、第三批科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。