Brak grawitacji może powodować liczne działania niepożądane w organizmach mieszkańców Ziemi. Ciało pozbawione ziemskiego przyciągania traci masę mięśniową, a kości stają się coraz mniej gęste. Astronautom przebywającym na orbicie nie pomagają nawet dwie godziny ćwiczeń dziennie. Po sześciu miesiącach w przestrzeni powrót mięśni do normalnego stanu może trwać miesiącami. Z kośćmi jest jeszcze gorzej, ich regeneracja może zająć nawet kilka lat. Pomóc w rozwiązaniu problemu mogą nowe badania na genetycznie zmodyfikowanych myszach.

Warunki na ISS pozwalają badać wpływ mikrograwitacji na ludzki organizm (fot. NASA)

Wpływ braku grawitacji na ciała astronautów podczas dłuższych misji, na przykład trzyletniej podróży w obie strony na Marsa, może budzić niepokój. Nowe badania nad genetycznie zmodyfikowanymi myszami mogą jednak przybliżyć nas do rozwiązania problemu .

 

„Supermyszy”

„Supermyszy”, bo tak uczeni nazwali zmodyfikowane genetycznie gryzonie („Mighty Mice”) spędziły 33 dni na pokładzie Międzynarodowej Stacji kosmicznej (ISS). W tym czasie straciły znacznie mniej masy mięśniowej, a ich kości były w znacznie lepszym stanie, niż u myszy z grupy kontrolnej, które nie były poddane modyfikacjom.

„Odkrycie to ma wpływ na strategie terapeutyczne w przypadku zaniku mięśni i kości u ludzi dotkniętych chorobą na Ziemi, a także u astronautów w kosmosie, zwłaszcza podczas długotrwałych misji” – napisali naukowcy w artykule opublikowanym na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Badacze skupili się na białku nazywanym miostatyną, które odgrywa istotną rolę w regulacji wzrostu mięśni. Mutacje w genie odpowiedzialnym za produkcję miostatyny mogą powodować przerost mięśni, nazywany „podwójnym umięśnieniem”. Mutacja jest wykorzystywana przez hodowców do uzyskania nowych ras krów, świń i psów. Wśród ludzi również zdarzają się osoby z podobną mutacją, są one wtedy nienaturalnie umięśnione już we wczesnych latach życia.

 

Miostatyna

Aby stworzyć „supermyszy” genetyk Se-Jin Lee z Jackson Laboratory i endokrynolog Emily Germain-Lee z Uniwersytetu Connecticut zmodyfikowali gen odpowiedzialny za produkcję miostatyny u myszy. We wcześniejszych badaniach potwierdzono, że zwiększa on masę i siłę mięśni szkieletowych oraz hamuje przyrost tkanki tłuszczowej u myszy.

Ale Lee i Germain-Lee chcieli zobaczyć, co stanie się ze zmodyfikowanymi myszami w przestrzeni kosmicznej. W grudniu ubiegłego roku wysłali więc na ISS 40 samic myszy. Podzielono je na pięć grup po osiem osobników każda. Trzy z nich odgrywały role grup kontrolnych – osobników tych grup nie modyfikowano genetycznie.

Czwartej grupie myszy wstrzyknięto białko nazywane ACVR2B/Fc, które hamuje działanie miostatyny a co za tym idzie, może powodować szybszy wzrost mięśni. Piątą grupę stanowiły genetycznie zmodyfikowane myszy „supermyszy”.

W tym samym czasie, gdy myszy przebywały na ISS, identyczne grupy gryzoni były hodowane także na Ziemi. Jedyną różnicą między hodowlami gryzoni w kosmosie i na Ziemi był brak grawitacji w tej pierwszej hodowli.

 

Pobyt w kosmosie

Wyniki badań potwierdziły przypuszczenia naukowców. Myszy z grup kontrolnych po 33 dniach w kosmosie straciły od 8 do 18 proc. masy mięśniowej i od 8 do 11 proc. gęstości mineralnej kości.

U „supermyszy” początkowa masa mięśniowa była w przybliżeniu dwukrotnie większa niż u myszy z grupy kontrolnej. Jak się okazało po ponad miesiącu w kosmosie, genetycznie zmodyfikowane gryzonie nie straciły w ogóle znaczącej części masy mięśniowej. „Dane te pokazują, że mięśnie wzmocnione przez utratę miostatyny są w dużej mierze (jeśli nie w całości) utrzymywane po ekspozycji na brak grawitacji” – napisali naukowcy w swoim artykule.

 

„Supermyszy” ze specjalnym białkiem

Wyniki stają się jeszcze bardziej interesujące w przypadku myszy, którym podano białko ACVR2B/Fc. W ciągu 22 dni na pokładzie ISS masa mięśniowa tych myszy wzrosła o 27 procent, a poziom tłuszczu w ich organizmach spadł. W tym samym czasie masa mięśniowa w grupie kontrolnej myszy na ziemi wzrosła tylko o 18 procent.

Gęstość mineralna kości u myszy którym podano ACVR2B/Fc na pokładzie ISS również wzrosła, choć w nieco mniejszym stopniu, niż u myszy z grupy kontrolnej. Po powrocie na Ziemię myszy z ACVR2B/Fc szybciej odzyskały też pełną sprawność.

„W związku z tym blokada miostatyny za pomocą ACVR2B/Fc może radykalnie zwiększyć masę kostną nawet przy braku grawitacji, a ponadto może chronić przed zmniejszeniem gęstości mineralnej kości” – napisali naukowcy.

Naukowcy są jednak jeszcze daleko od rozpoczęcia prób na ludziach. Wcześniejsze badania pokazują, że ingerencja w wytwarzanie miostatyny może być niebezpieczna. Ścięgna modyfikowanych myszy miały tendencję do bycia kruchymi i słabymi. Także ogólna wytrzymałość gryzoni była obniżona.

Badania z udziałem „supermyszy” w kosmosie dowodzą, że istnieje potencjalna ścieżka łagodzenia negatywnych skutków długotrwałych podróży kosmicznych. Badania mogą pomóc też w opracowaniu nowych metod leczenia takich chorób, jak osteoporoza, stopniowa degradacja tkanki kostnej i zanik mięśni rdzenia kręgowego.

 

 

 

ŹródłoScience Alert

 

 

0 0 vote
Article Rating