Długotrwałe przebywanie w warunkach mikrograwitacji negatywnie wpływa na ludzki organizm, prowadząc do osłabienia kondycji fizycznej astronautów. Najnowsze badania opublikowane 30 czerwca w czasopiśmie Nature Communications rzucają nowe światło na przyczyny tego zjawiska, wskazując na kluczową rolę mitochondriów – organelli komórkowych odpowiedzialnych za produkcję energii.
Mitochondria pod wpływem mikrograwitacji
Zespół naukowców pod kierownictwem biologa molekularnego Shintaro Iwasakiego z japońskiego instytutu RIKEN przeprowadził eksperymenty, które wykazały, że w warunkach obniżonej grawitacji mitochondria w komórkach ludzkich oraz w organizmach nicieni Caenorhabditis elegans produkują znacznie mniej białek niż w warunkach ziemskich. Proces ten jest bezpośrednio związany z mechanizmem translacji, w którym rybosomy wykorzystują matrycowy RNA (mRNA) do syntezy białek niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania komórki.
Badacze wykorzystali Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), gdzie astronauci hodowali ludzkie komórki przez 24 lub 48 godzin. Próbki kontrolne znajdowały się w wirówce symulującej ziemskie przyciąganie. Po powrocie materiału na Ziemię analiza wykazała, że komórki wystawione na mikrograwitację posiadały mniej mitochondrialnego mRNA, a ich rybosomy wytwarzały mniejszą ilość białek. Podobne, choć nieco słabiej zaznaczone efekty, zaobserwowano u larw nicieni hodowanych w kosmosie przez cztery dni.
Mechanizm molekularny i znaczenie dla przyszłych misji
Kluczowym odkryciem badania jest zidentyfikowanie nieznanej wcześniej ścieżki molekularnej, która tłumaczy, jak brak grawitacji wpływa na mitochondria poprzez mechaniczne oddziaływanie adhezji komórkowej. Eksperymenty przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych na Ziemi z użyciem klinostatu – urządzenia obracającego komórki w celu symulacji mikrograwitacji – potwierdziły te obserwacje. Już po 24 godzinach w klinostacie zaobserwowano spadek produkcji 13 kluczowych białek mitochondrialnych, a wydłużenie czasu ekspozycji do 48 i 72 godzin pogłębiało ten deficyt.
To może zostać wykorzystane do zrozumienia, w jaki sposób powinniśmy lepiej przygotowywać astronautów wyruszających w przestrzeń kosmiczną – zauważa Thomas Corydon, biolog kosmiczny z Uniwersytetu w Aarhus w Danii.
Wcześniejsze badania nad wpływem lotów kosmicznych na organizm koncentrowały się głównie na uszkodzeniach mitochondriów oraz zmianach w transkrypcji DNA na mRNA. Obecna praca dostarcza jednak dowodów na to, jak mikrograwitacja wpływa na komórki bezpośrednio na poziomie syntezy białek. Zrozumienie tych mechanizmów jest niezbędne dla opracowania strategii ochrony zdrowia osób biorących udział w długoterminowych misjach kosmicznych, co pozwoli na skuteczniejsze przeciwdziałanie degradacji tkanek i narządów w warunkach poza Ziemią.
