At studere gær-DNA i rummet kan hjælpe med at beskytte astronauter mod kosmisk stråling

Nukleare fusionsreaktioner i solen er kilden til varme og lys, vi modtager på Jorden. Disse reaktioner frigiver en enorm mængde kosmisk stråling - inklusive røntgenstråler og gammastråler - og ladede partikler, der kan være skadelige for alle levende organismer.

Livet på Jorden er blevet beskyttet takket være et magnetfelt, der tvinger ladede partikler til at hoppe fra pol til pol samt en atmosfære, der filtrerer skadelig stråling.

Under rumrejser er det dog en anden situation. For at finde ud af, hvad der sker i en celle, når de rejser i det ydre rum, sender videnskabsmænd bagegær til månen som en del af NASAs Artemis 1-mission.

Kosmisk skade

Kosmisk stråling kan beskadige celle-DNA, hvilket markant øger den menneskelige risiko for neurodegenerative lidelser og dødelige sygdomme, såsom kræft. Fordi Den Internationale Rumstation (ISS) er placeret i et af to af Jordens Van Allen-strålingsbælter - som giver en sikker zone - udsættes astronauterne ikke for meget. Astronauter i ISS oplever mikrogravitation, hvilket er en anden stress, der dramatisk kan ændre cellefysiologien.

Da NASA planlægger at sende astronauter til månen og senere til Mars, bliver disse miljøbelastninger mere udfordrende.

Grafisk historie om videnskaben og teknikken bag de sidste trin i integration og overdragelse af #DSRG, før den lanceres på #SLS @NASASpaceSci @NASA_SLS

Enheden til venstre vil gå til månekredsløb, mens den højre er backup, bare hvis jeg snubler, mens jeg holder den pic.twitter.com/QavR1OpzyW

— Luis Zea (@SpaceLuisZea) 14. august 2022

Den mest almindelige strategi til at beskytte astronauter mod de negative virkninger af kosmiske stråler er fysisk at beskytte dem ved hjælp af avancerede materialer.

Lektioner fra dvale

Adskillige undersøgelser viser, at hibernatorer er mere modstandsdygtige over for høje doser af stråling, og nogle forskere har foreslået brugen af ​​"syntetisk eller induceret torpor" under rummissioner for at beskytte astronauter.

En anden måde at beskytte liv mod kosmiske stråler er at studere ekstremofiler - organismer, der bemærkelsesværdigt kan tolerere miljøbelastninger. Tardigrader er for eksempel mikrodyr, der har vist en forbløffende modstandsdygtighed over for en række belastninger, herunder skadelig stråling. Denne usædvanlige robusthed stammer fra en klasse af proteiner kendt som "tardigrad-specifikke proteiner."

Under supervision af molekylærbiolog Corey Nislow bruger jeg bagegær, Saccharomyces cerevisiae , for at studere kosmisk DNA-skadestress. Vi deltager i NASAs Artemis 1-mission, hvor vores samling af gærceller vil rejse til månen og tilbage i Orion-rumfartøjet i 42 dage.

Denne samling indeholder omkring 6.000 stregkodede gærstammer, hvor ét gen er slettet i hver stamme. Når de udsættes for miljøet i rummet, vil disse stammer begynde at halte, hvis deletion af et specifikt gen påvirker cellevækst og replikation.

Mit primære projekt på Nislow lab er gensplejsning af gærceller for at få dem til at udtrykke tardigrad-specifikke proteiner. Vi kan derefter studere, hvordan disse proteiner kan ændre cellernes fysiologi og deres modstandsdygtighed over for miljøbelastninger - vigtigst af alt stråling - med håbet om, at sådan information vil være nyttig, når videnskabsmænd forsøger at konstruere pattedyr med disse proteiner.

Når missionen er afsluttet, og vi modtager vores prøver tilbage, ved hjælp af stregkoderne, kunne antallet af hver stamme tælles for at identificere gener og genveje, der er afgørende for at overleve skade forårsaget af kosmisk stråling.

En modelorganisme

Gær har længe fungeret som en "modelorganisme" i DNA-skadeundersøgelser, hvilket betyder, at der er solid baggrundsviden om de mekanismer i gær, der reagerer på DNA-skadelige stoffer. De fleste af gærgener, der spiller roller i DNA-skaderespons, er blevet grundigt undersøgt.

På trods af forskellene i genetisk kompleksitet mellem gær og mennesker, er funktionen af ​​de fleste gener involveret i DNA-replikation og DNA-skaderespons forblevet så bevaret mellem de to, at vi kan få en masse information om menneskelige cellers DNA-skaderespons ved at studere gær .

Ydermere giver gærcellernes enkelhed sammenlignet med humane celler (gær har 6.000 gener, mens vi har mere end 20.000 gener) os til at drage mere solide konklusioner.

Og i gærstudier er det muligt at automatisere hele processen med at fodre cellerne og stoppe deres vækst i et elektronisk apparat på størrelse med en skoæske, hvorimod dyrkning af pattedyrceller kræver mere plads i rumfartøjet og langt mere komplekst maskineri.

Sådanne undersøgelser er afgørende for at forstå, hvordan astronauters kroppe kan klare langsigtede rummissioner, og for at udvikle effektive modforanstaltninger. Når vi først har identificeret de gener, der spiller en nøglerolle i at overleve kosmisk stråling og mikrogravitation, ville vi være i stand til at lede efter lægemidler eller behandlinger, der kunne hjælpe med at øge cellernes holdbarhed til at modstå sådanne belastninger.

Vi kunne derefter teste dem i andre modeller (såsom mus), før vi rent faktisk anvender dem på astronauter. Denne viden kan også være potentielt nyttig til at dyrke planter ud over Jorden. + Udforsk yderligere

Forsker sender gær og alger til rummet på Artemis 1

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.