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隊在空間輻射風(fēng)險評估關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得進展，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)域頂級期刊npj Microgravity、Life Sciences in Space Research,；輻射生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊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。
空間輻射是長期載人航天飛行中航天員健康所面臨的最重要的風(fēng)險因素之一,。隨著我國空間站和載人深空探索任務(wù)的規(guī)劃與實施,，確保航天員在整個任務(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)險評估更是被視為亟需要解決的重要問題之一,。而利用傳統(tǒng)的方法進行航天員空間輻射風(fēng)險評估存在著很大的不確定性,，這給輻射防護帶來了一系列的問題與挑戰(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)險評估的不確定性
空間輻射分子標(biāo)志物與輻射生物劑量評估技術(shù)，以及微重力等空間因素對輻射風(fēng)險的影響等被認(rèn)為是影響空間輻射風(fēng)險評估準(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空間輻射風(fēng)險的影響是亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。該研究團隊創(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)過程跨物種識別輻射響應(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)境敏感性基因識別方法，(4)基于遺傳算法和基因本體論的功能基因模塊識別算法,，(5)基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和單分類技術(shù)的功能基因預(yù)測算法,，(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,、線蟲等多組學(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,、健康風(fēng)險評估與預(yù)警的方法,，解析了微重力對空間輻射風(fēng)險的聯(lián)合效應(yīng)等。
圖2 基于保守性生物學(xué)過程跨物種識別輻射響應(yīng)分子標(biāo)志物
圖3 基于單樣本網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)識別空間環(huán)境敏感性基因
該研究團隊所研發(fā)的這些關(guān)鍵技術(shù)對于輻射損傷過程關(guān)鍵分子靶點的發(fā)現(xiàn),、輻射損傷和健康風(fēng)險的早期診斷和健康監(jiān)測,、以及輻射生物醫(yī)學(xué)防護措施的開發(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估與風(fēng)險預(yù)警,，核應(yīng)急領(lǐng)域輻射劑量估算與環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評估,，以及放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域輻射生物有效劑量估算與個性化放療方案優(yōu)化等。
在上述研究的基礎(chǔ)上,，該團隊還構(gòu)建了“空間輻射風(fēng)險評估與輻射生物學(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”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,、輻射敏感性生物過程和通路等進行分類存儲,，并提供輻射仿真、快速檢索,、統(tǒng)計分析功能,，為輻射損傷評估與風(fēng)險預(yù)警提供了重要的數(shù)字化存儲、分析,、仿真和評估平臺,。
圖4 空間輻射風(fēng)險評估與輻射生物學(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
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)實驗項目,，國家自然科學(xué)基金委面上項目,、中國科協(xié)青年人才托舉工程、博士后創(chuàng)新人才支持計劃,、中國博士后科學(xué)基金面上項目等項目的支持,。
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