Co studujeme
Buňky reagují na změny ve svém prostředí různými mechanismy. Příkladem takového mechanismu je spuštění stresové reakce, která často vyžaduje změnu exprese specifických genů. Geny mohou být aktivovány a/nebo deaktivovány buněčnými molekulami známými jako transkripční faktory, které se vážou na specifické oblasti DNA buňky a iniciují přepis sekvence DNA do RNA. Buňky mohou také reagovat na podněty z prostředí zvýšením nebo snížením typů a množství bílkovin, které produkují, nebo zvýšením či snížením rychlosti metabolismu. Takové buněčné reakce obvykle neprobíhají izolovaně, ale jsou často ovlivněny reakcemi sousedních buněk, ať už jde o mikroby pěstované v kultuře, nebo o buňky rostlin v kořenové špičce. Proto je pochopení toho, jak spolu buňky komunikují v rámci kultury nebo v komplexní tkáni, důležitým aspektem studia buněk a molekulární biologie.
Více než 40 let probíhají výzkumy, jejichž cílem je pochopit, jak buňky a buněčné systémy reagují na prostředí kosmického letu. Většina těchto prvních studií se soustředila na charakterizaci funkčních a morfologických změn, k nimž dochází na buněčné úrovni u mnohobuněčných organismů. Vývoj moderních nástrojů molekulární biologie však umožnil lépe pochopit základní mechanismy molekul, tj. jak si buňky v přítomnosti mikrogravitace vzájemně signalizují a jak buněčné změny napomáhají adaptaci na prostředí kosmického letu. Kombinace studií buněčné a molekulární biologie proto poskytla množství informací týkajících se biologických účinků kosmického letu, které zasahují do mikrobiální, rostlinné i živočišné biologie.
Níže uvádíme několik příkladů výzkumu v oblasti molekulární a buněčné biologie, na kterém kosmická biologie spolupracuje nebo o který má zájem:
Molekulární biologie:
Změny v počtu, typech a dokonce i ve struktuře molekul přítomných v buňkách mohou zásadně ovlivnit to, jak organismus jako celek reaguje na vnější podněty, včetně vystavení kosmickému letu. Vesmírná biologie proto financuje a provádí výzkum, který tyto molekulární změny identifikuje a charakterizuje. To zahrnuje studie, jejichž cílem je zjistit, jak kosmický let mění genovou expresi na úrovni RNA, proteinů a produkce metabolitů v různých typech buněk a tkání a jak tyto změny ovlivňují celkový zdravotní stav organismu. Patří sem také výzkumy, které charakterizují, jak jsou funkce, struktura, poškození a opravy DNA ovlivněny kosmickým letem a zda vystavení kosmickému letu vede k trvalým změnám v DNA, které mohou být předány další generaci organismů.
Buněčná signalizace:
Kosmická biologie financuje výzkum, který studuje buňky v 2-D i 3-D kulturách s cílem charakterizovat jejich interakce, včetně kontaktu mezi buňkami, mezibuněčných signálních drah a buněčného pohybu. Výsledky těchto výzkumů vedou ke studiím celých tkání a orgánů, po nichž následují interakce mezi tkáněmi a mezi orgány. To, co se díky tomuto výzkumu zjistí, má potenciál pomoci nám vytvořit obraz biologického stavu celého organismu a vede k pochopení vlivu vesmírného prostředí na fyziologickou odezvu, aklimatizaci a dysfunkci.
Buněčná diferenciace a funkce
Všechny buňky složitého organismu mají až na výjimky stejnou DNA. To znamená, že kostní buňka v rámci zvířete obsahuje stejný genetický plán jako jedna z jeho kožních buněk nebo neuronů (nervových buněk). Pečlivě regulované zapínání a vypínání specifických genů v těchto buňkách během vývoje zajišťuje, že kožní buňka funguje správně jako kožní buňka, a ne jako kostní, svalová nebo jiný typ buňky. Ačkoli tedy všechny typy buněk ve složitém organismu obsahují stejné geny, tyto buňky se liší geny, které exprimují, a načasováním jejich exprese. Vesmírná biologie proto podporuje výzkum, který odpovídá na otázky, jak vesmírné prostředí ovlivňuje funkci a diferenciaci kmenových buněk a jak tyto změny ovlivňují normální funkci tkání, regeneraci a vývoj.
GeneLab:
Prováděné experimenty generují obrovské množství omických dat popisujících buněčné a molekulární změny vyvolané kosmickým letem. Ta budou archivována v databázi GeneLab pro otevřenou vědu, která bude přístupná široké vědecké, komerční i veřejné komunitě.
Datový systém GeneLab je on-line prohledávatelné úložiště NASA s otevřeným přístupem k výsledkům experimentů kosmické biologie. Data shromážděná v datovém systému GeneLab zasahují do mnoha biologických/biomedicínských vědních oborů a oblastí výzkumných důrazů s cílem řešit základní biologické hypotézy a umožnit translační biologii relevantní pro komerční biotechnologické a farmaceutické aplikace. Odkaz na webové stránky GeneLab na datové úložiště umožňuje přístup ke všem shromážděným datům podle druhů a vesmírných letových misí, stejně jako postup pro zasílání datových souborů do úložiště. Úložiště dat GeneLab obsahuje také důležitá metadata týkající se experimentů při kosmických letech a pozemních experimentů, což má pro výzkumné pracovníky zásadní význam, pokud chtějí tato data přesně interpretovat a analyzovat pro svá vlastní specifická zkoumání.
.