Av Hamid Kian Gaikani, University of British Columbia, Vancouver (Canada): Kjernefusjonsreaksjoner i solen er kilden til varme og lys vi mottar på jorden. Disse reaksjonene frigjør en enorm mengde kosmisk stråling – inkludert røntgenstråler og gammastråler – og ladede partikler som kan være skadelige for alle levende organismer.
Livet på jorden har blitt beskyttet takket være et magnetfelt som tvinger ladede partikler til å sprette fra pol til pol, samt en atmosfære som filtrerer skadelig stråling.
Under romfart er det imidlertid en annen situasjon. For å finne ut hva som skjer i en celle når de reiser i verdensrommet, sender forskere bakegjær til månen som en del av NASAs Artemis 1-oppdrag.
Kosmisk skade
Kosmisk stråling kan skade celle-DNA, og øke risikoen for nevrodegenerative lidelser og dødelige sykdommer, som kreft, betydelig. Fordi den internasjonale romstasjonen (ISS) ligger i ett av to av jordens Van Allen-strålingsbelter – som gir en trygg sone – blir ikke astronauter eksponert for mye. Astronauter i ISS opplever imidlertid mikrogravitasjon, som er et annet stress som dramatisk kan endre cellefysiologien.
Ettersom NASA planlegger å sende astronauter til månen, og senere til Mars, blir disse miljøbelastningene mer utfordrende.
Den vanligste strategien for å beskytte astronauter mot de negative effektene av kosmiske stråler er å fysisk skjerme dem ved hjelp av toppmoderne materialer.
Lærdom fra dvalemodus
Flere studier viser at dvalebeskyttere er mer motstandsdyktige mot høye doser stråling, og noen forskere har foreslått bruk av “syntetisk eller indusert torpor” under romoppdrag for å beskytte astronauter.
En annen måte å beskytte liv mot kosmiske stråler på er å studere ekstremofiler – organismer som bemerkelsesverdig tåler miljøbelastninger. Tardigrades, for eksempel, er mikrodyr som har vist en forbløffende motstand mot en rekke påkjenninger, inkludert skadelig stråling. Denne uvanlige robustheten stammer fra en klasse proteiner kjent som “tardigrad-spesifikke proteiner.”
Under veiledning av molekylærbiolog Corey Nislow bruker jeg bakegjær, Saccharomyces cerevisiae, for å studere kosmisk DNA-skadestress. Vi deltar i NASAs Artemis 1-oppdrag, der samlingen vår av gjærceller skal reise til månen og tilbake i Orion-romfartøyet i 42 dager.
Denne samlingen inneholder ca. 6000 strekkodede gjærstammer, hvor i hver stamme er ett gen slettet. Når de blir eksponert for miljøet i rommet, vil disse stammene begynne å ettersle hvis sletting av et spesifikt gen påvirker cellevekst og replikasjon.
Mitt primære prosjekt ved Nislow lab er genteknologisk gjærceller for å få dem til å uttrykke tardigrad-spesifikke proteiner. Vi kan deretter studere hvordan disse proteinene kan endre fysiologien til cellene og deres motstand mot miljøpåkjenninger – viktigst av alt stråling – med håp om at slik informasjon vil komme til nytte når forskere prøver å konstruere pattedyr med disse proteinene.
Når oppdraget er fullført og vi mottar prøvene våre tilbake, ved hjelp av strekkodene, kan antallet av hver stamme telles for å identifisere gener og genveier som er avgjørende for å overleve skade indusert av kosmisk stråling.
En modellorganisme
Gjær har lenge fungert som en “modellorganisme” i DNA-skadestudier, noe som betyr at det er solid bakgrunnskunnskap om mekanismene i gjær som reagerer på DNA-skadelige midler. De fleste av gjærgenene som spiller roller i DNA-skaderespons er godt studert.
Til tross for forskjellene i genetisk kompleksitet mellom gjær og mennesker, har funksjonen til de fleste gener involvert i DNA-replikasjon og DNA-skaderespons forblitt så bevart mellom de to at vi kan få mye informasjon om menneskecellers DNA-skaderespons ved å studere gjær .
Videre gjør gjærcellenes enkelhet sammenlignet med menneskeceller (gjær har 6000 gener mens vi har mer enn 20.000 gener) at vi kan trekke mer solide konklusjoner.
Og i gjærstudier er det mulig å automatisere hele prosessen med å mate cellene og stoppe veksten i et elektronisk apparat på størrelse med en skoboks, mens dyrking av pattedyrceller krever mer plass i romfartøyet og langt mer komplekst maskineri.
Slike studier er avgjørende for å forstå hvordan astronautenes kropper kan takle langsiktige romoppdrag, og for å utvikle effektive mottiltak. Når vi først har identifisert genene som spiller nøkkelroller for å overleve kosmisk stråling og mikrogravitasjon, vil vi kunne se etter medisiner eller behandlinger som kan bidra til å øke cellenes holdbarhet til å motstå slike påkjenninger.
Vi kan deretter teste dem i andre modeller (som mus) før vi faktisk bruker dem på astronauter. Denne kunnskapen kan også være potensielt nyttig for å dyrke planter utenfor jorden. (Samtalen) NSA