Hvad vi studerer
Celler reagerer på ændringer i deres omgivelser gennem en række forskellige mekanismer. Et eksempel på en sådan mekanisme er udløsning af en stressrespons, som ofte kræver ændring af ekspressionen af specifikke gener. Gener kan aktiveres og/eller deaktiveres af cellulære molekyler, der er kendt som transkriptionsfaktorer, som binder sig til specifikke områder af cellens DNA og igangsætter transkription af DNA’s sekvens til RNA. Alternativt kan cellerne reagere på miljømæssige stimuli ved at øge eller mindske de typer og mængder af protein, de producerer, eller ved at øge eller sænke deres stofskifte. Sådanne cellulære reaktioner sker normalt ikke isoleret, men påvirkes ofte af reaktionerne fra naboceller, hvad enten der er tale om mikrober, der dyrkes i en kultur, eller planteceller i en rodspids. Dette gør forståelsen af, hvordan celler kommunikerer med hinanden i en kultur eller i et komplekst væv, til et vigtigt aspekt af celle- og molekylærbiologiske undersøgelser.
I mere end 40 år er der blevet gennemført undersøgelser for at forstå, hvordan celler og cellesystemer reagerer på rumflyvningsmiljøet. De fleste af disse tidlige undersøgelser koncentrerede sig om at karakterisere de funktionelle og morfologiske ændringer, der opstod på celleniveau i flercellede organismer. Udviklingen af moderne molekylærbiologiske værktøjer har imidlertid gjort det muligt at opnå en større forståelse af de underliggende molekylære mekanismer, dvs. hvordan cellerne signalerer til hinanden under mikrogravitation, og hvordan celleforandringer fremmer tilpasningen til rumflyvningsmiljøet. Kombinationen af celle- og molekylærbiologiske undersøgelser har derfor givet et væld af oplysninger om de biologiske virkninger af rumflyvning, som går på tværs af mikrobiologisk, plante- og dyrebiologi.
Nedenfor er der nogle få eksempler på molekylær- og cellebiologisk forskning, som rumbiologien arbejder sammen med eller er interesseret i:
Molekylærbiologi: For at forstå det store billede er det nødvendigt at fokusere på det lille
Ændringer i antallet, typerne og endda strukturerne af de molekyler, der findes i cellerne, kan i høj grad påvirke, hvordan en organisme som helhed reagerer på eksterne stimuli, herunder udsættelse for rumflyvning. Space Biology finansierer og gennemfører derfor forskning, der identificerer og karakteriserer disse molekylære ændringer. Dette omfatter undersøgelser, der har til formål at fastslå, hvordan rumflyvning ændrer genekspressionen på RNA-, protein- og metabolitproduktionens niveau i forskellige celletyper og væv, og hvordan disse ændringer påvirker organismens generelle sundhed. Dette omfatter også undersøgelser, der karakteriserer, hvordan DNA-funktion, -struktur, -skader og -reparation påvirkes af rumflyvning, og om udsættelse for rumflyvning fører til permanente ændringer i DNA, der kan overføres til den næste generation af organismer.
Cellesignalering:
Space Biology finansierer forskning, der undersøger celler i både 2D- og 3D-kulturer for at karakterisere deres interaktioner, herunder celle-til-celle-kontakt, intercellulære signalveje og celletrafik. Resultaterne af disse undersøgelser fører til undersøgelser af hele væv og organer efterfulgt af interaktioner fra væv til væv og fra organ til organ. Det, der opdages gennem denne forskning, har potentiale til at hjælpe os med at opbygge et billede af hele organismens biologiske tilstand og fører til forståelse af virkningen af rummiljøet, da det påvirker fysiologisk respons, akklimatisering og dysfunktion.
Cellulær differentiering og funktion
Med nogle undtagelser har alle cellerne i en kompleks organisme det samme DNA. Det betyder, at en knoglecelle i et dyr indeholder det samme genetiske blueprint som en af dets hudceller eller neuroner (nerveceller). En omhyggeligt reguleret til- og frakobling af specifikke gener i disse celler under udviklingen sørger for, at en hudcelle fungerer korrekt som hudcelle og ikke som knoglecelle, muskelcelle eller en anden celletype. Selv om alle celletyper i en kompleks organisme indeholder de samme gener, adskiller disse celler sig derfor fra hinanden ved de gener, som de udtrykker, og tidspunktet for deres udtryk. Space Biology støtter derfor forskning, der besvarer spørgsmålene om, hvordan rummiljøet påvirker stamcellers funktion og differentiering, og hvordan disse ændringer påvirker normal vævsfunktion, regeneration og udvikling.
GeneLab: Omics-data tilgængelige for alle
De eksperimenter, vi udfører, genererer enorme mængder af omics-data, der beskriver cellulære og molekylære ændringer, som rumflyvning medfører. Disse vil blive arkiveret i GeneLab-databasen med henblik på åben videnskab, som er tilgængelig for det generelle videnskabelige, kommercielle og offentlige samfund.
GeneLab-datasystemet er NASA’s online søgbare dataregister med åben adgang til resultaterne af rumbiologiske eksperimenter. De data, der indsamles i GeneLab-datasystemet, går på tværs af flere biologiske/biomedicinske videnskabsdiscipliner og forskningsområder med henblik på at behandle grundlæggende biologiske hypoteser og muliggøre translationel biologi, der er relevant for kommercielle bioteknologiske og farmaceutiske anvendelser. GeneLab-webstedets link til dataregistret giver adgang til alle de indsamlede data efter art og rumflyvningsmissioner samt til en proces for indsendelse af datasæt til dataregistret. GeneLab-datarepositoriet indeholder også vigtige metadata vedrørende rumflyvninger og jordbaserede eksperimenter, hvilket er af afgørende betydning for forskerne, hvis de skal kunne fortolke og analysere disse data nøjagtigt til deres egne specifikke undersøgelser.