Defects in mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) have been reported in COVID-19 patients, but the timing and organs affected vary among reports. Here, we reveal the dynamics of COVID-19 through transcription profiles in nasopharyngeal and autopsy samples from patients and infected rodent models. While mitochondrial bioenergetics is repressed in the viral nasopharyngeal portal of entry, it is up regulated in autopsy lung tissues from deceased patients. In most disease stages and organs, discrete OXPHOS functions are blocked by the virus, and this is countered by the host broadly up regulating unblocked OXPHOS functions. No such rebound is seen in autopsy heart, results in severe repression of genes across all OXPHOS modules. Hence, targeted enhancement of mitochondrial gene expression may mitigate the pathogenesis of COVID-19.

Abstract Future multi-year crewed planetary missions will motivate advances in aerospace nutrition and telehealth. On Earth, the Human Cell Atlas project aims to spatially map all cell types in the human body. Here, we propose that a parallel Human Cell Space Atlas could serve as an openly available, global resource for space life science research. As humanity becomes increasingly spacefaring, high-resolution omics on orbit could permit an advent of precision spaceflight healthcare. Alongside the scientific potential, we consider the complex ethical, cultural, and legal challenges intrinsic to the human space omics discipline, and how philosophical frameworks may benefit from international perspectives.

Abstract Organismal adaptations to spaceflight have been characterized at the molecular level in model organisms, including Drosophila and C. elegans . Here, we extend molecular work to energy metabolism and sex hormone signaling in mice and humans. We found spaceflight induced changes in insulin and estrogen signaling in rodents and humans. Murine changes were most prominent in the liver, where we observed inhibition of insulin and estrogen receptor signaling with concomitant hepatic insulin resistance and steatosis. Based on the metabolic demand, metabolic pathways mediated by insulin and estrogen vary among muscles, specifically between the soleus and extensor digitorum longus. In humans, spaceflight induced changes in insulin and estrogen related genes and pathways. Pathway analysis demonstrated spaceflight induced changes in insulin resistance, estrogen signaling, stress response, and viral infection. These data strongly suggest the need for further research on the metabolic and reproductive endocrinologic effects of space travel, if we are to become a successful interplanetary species.

Abstract Background Spaceflight poses a unique set of challenges to humans and the hostile spaceflight environment can induce a wide range of increased health risks, including dermatological issues. The biology driving the frequency of skin issues in astronauts is currently not well understood. Methods To address this issue, we used a systems biology approach utilizing NASA’s Open Science Data Repository (OSDR) on space flown murine transcriptomic datasets focused on the skin, biochemical profiles of 50 NASA astronauts and human transcriptomic datasets generated from blood and hair samples of JAXA astronauts, as well as blood samples obtained from the NASA Twins Study, and skin and blood samples from the first civilian commercial mission, Inspiration4. Results Key biological changes related to skin health, DNA damage & repair, and mitochondrial dysregulation are identified as potential drivers for skin health risks during spaceflight. Additionally, a machine learning model is utilized to determine gene pairings associated with spaceflight response in the skin. While we identified spaceflight-induced dysregulation, such as alterations in genes associated with skin barrier function and collagen formation, our results also highlight the remarkable ability for organisms to re-adapt back to Earth via post-flight re-tuning of gene expression. Conclusion Our findings can guide future research on developing countermeasures for mitigating spaceflight-associated skin damage.

Lethal COVID-19 causation most often invokes classic cytokine storm and attendant excessive immune signaling. We re-visit this question using RNA sequencing in nasopharyngeal and 40 autopsy samples from both COVID-19-positive and negative individuals. In nasal swabs, the top 100 genes expressed, and significantly correlated with COVID-19 viral load, indeed include many canonical innate immune genes. However, 22 much less studied "non-canonical" genes are found and despite the absence of viral transcripts, subsets of these are upregulated in heart, lung, kidney, and liver, but not mediastinal lymph nodes. An important regulatory potential emerges for the non-canonical genes for over-activating the renin-angiotensin-activation-system (RAAS) pathway, resembling this phenomenon in hereditary angioedema (HAE) and its overlapping multiple features with lethal COVID-19 infections. Specifically, RAAS overactivation links increased fibrin deposition, leaky vessels, thrombotic tendency, and initiating the PANoptosis death pathway, as suggested in heart, lung, and especially mediastinal lymph nodes, and a tight association mitochondrial dysfunction linked to immune responses. For mediastinal lymph nodes, immunohistochemistry studies correlate showing abnormal architecture, excess fibrin and collagen deposition, and pathogenic fibroblasts. Further, our findings overlap these for COVID-19 infected hamsters, C57BL/6 and BALB/c mouse models, and importantly peripheral blood mononuclear cell (PBMC) and whole blood samples from COVID-19 patients infected with early alpha but also later COVID-19 omicron strains. We thus present cytokine storm in lethal COVID-19 disease as an interplay between upstream immune gene signaling producing downstream RAAS overactivation with resultant severe organ damage, especially compromising mediastinal lymph node function.