Międzynarodowy zespół naukowców zbadał ryby, które odwiedziły ISS i odkrył mechanizmy komórkowe, które zarządzają utratą masy kostnej w stanie nieważkości. Okazuje się, że mikrograwitacja zmienia sposób, w jaki geny są odpowiedzialne za rozwój komórek kostnych.
W rzeczywistości nie tylko szkielety ryb chorują na mikrograwitację. Utrata tkanki kostnej jest jednym z najpoważniejszych problemów, z jakimi borykają się astronauci podczas i po zmianie na ISS. Objawy utraty przypominają osteoporozę starczą, chociaż astronauci napotykają ją na długo przed starością - kości stają się bardziej kruche i łamliwe oraz tracą wapń. Zmiany na poziomie komórkowym są zauważalne natychmiast po locie samolotem nurkowym.
Komórkowy mechanizm utraty masy kostnej do tej pory pozostawał niejasny. Wiadomo, że nieważkość bardzo zmienia się w żywym organizmie - na przykład serce stopniowo traci zdolność przyspieszania wraz z gwałtowną zmianą ciśnienia. Z tego powodu astronauci, którzy wrócili na Ziemię, mdleją od nagłych ruchów. Zmiany zachodzą również na poziomie ekspresji genów i były obserwowane podczas pobierania biomateriałów od astronautów.
Na ISS docierają pojemniki z laboratoryjnymi rybami medaka
Aby dowiedzieć się, co dokładnie dzieje się w komórkach kości i chrząstki przy zerowej grawitacji, naukowcy zdecydowali się wysłać japońską rybę akwariową medaka (Oryzias latipes) na ISS, której mechanizmy komórkowe rozwoju kości i chrząstki są bardzo podobne do tych u ssaków. W 2014 roku na pokład stacji kosmicznej wleciały zmodyfikowane genetycznie ryby, w których ciałach wzmożona aktywność niektórych genów objawiła się jako jasna poświata.
Okazało się, że już pierwszego dnia w stanie nieważkości 105 genów zaczęło intensywnie działać u ryb, a przeciwnie, kolejnych 49 było znacznie mniej aktywnych w kosmosie niż w ciałach ryb z grupy kontrolnej na Ziemi. Spośród tych genów 5 jest związanych z rozwojem komórek szkieletowych: dwa regulują wzrost osteoblastów (młodych komórek kostnych), a trzy - osteoklasty - komórki olbrzymie, które biorą udział w rozpuszczaniu istniejącej tkanki kostnej. Wszystkie te geny regulują produkcję czynników transkrypcyjnych, które są zaangażowane w rozwój osteoblastów i osteoklastów.
Ryba Medaka
Film promocyjny:
W normalnych warunkach geny te działają w różnym czasie, ale stan nieważkości zmienił ich harmonogramy i doprowadził do poważnych zmian w strukturze tkanki kostnej. Naukowcy nie wyjaśnili jeszcze dokładnie, jak to się dzieje u ryb laboratoryjnych iu ludzi.
Jeszcze ważniejsze są ogólne wnioski autorów badania: zmiany aktywności genów już w pierwszym dniu zmiany grawitacji sugerują, że komórka ma gotowy mechanizm obronny przed skokami grawitacji, który włącza się niemal natychmiast. Mechanizm ten w znaczący sposób zmienia całą strukturę chromatyny - substancji jądra komórkowego, na które składa się DNA, RNA i białka niezbędne do ich pracy, dostrajając jądro zgodnie ze zmianą grawitacji.
Wyniki badań są publikowane w Scientific Reports.