Qué estudiamos
Las células responden a los cambios en su entorno a través de una variedad de mecanismos diferentes. Un ejemplo de este mecanismo es el desencadenamiento de una respuesta al estrés, que a menudo requiere cambiar la expresión de genes específicos. Los genes pueden ser activados y/o desactivados por moléculas celulares conocidas como factores de transcripción, que se unen a regiones específicas del ADN de la célula e inician la transcripción de la secuencia del ADN en ARN. Por otra parte, las células pueden responder a los estímulos ambientales aumentando o disminuyendo los tipos y las cantidades de proteínas que producen, o aumentando o disminuyendo sus tasas metabólicas. Estas respuestas celulares no suelen producirse de forma aislada, sino que a menudo se ven influidas por las respuestas de las células vecinas, ya sean microbios crecidos en un cultivo o células vegetales en una punta de raíz. Esto hace que comprender cómo se comunican las células entre sí dentro de un cultivo o en un tejido complejo sea un aspecto importante de los estudios de biología celular y molecular.
Desde hace más de 40 años, se han realizado investigaciones para comprender cómo responden las células y los sistemas celulares al entorno espacial. La mayoría de estos primeros estudios se centraron en la caracterización de los cambios funcionales y morfológicos que se producían a nivel celular en los organismos multicelulares. Sin embargo, el desarrollo de las modernas herramientas de biología molecular ha permitido una mayor comprensión de los mecanismos moleculares subyacentes, es decir, cómo las células se señalan entre sí en presencia de la microgravedad, y cómo los cambios celulares ayudan a la adaptación al entorno de los vuelos espaciales. La combinación de estudios de biología celular y molecular, por tanto, ha proporcionado una gran cantidad de información relativa a los efectos biológicos de los vuelos espaciales que atraviesa la biología microbiana, vegetal y animal.
A continuación se exponen algunos ejemplos de investigaciones de Biología Molecular y Celular con las que trabaja o en las que está interesada la Biología Espacial:
Biología Molecular: Entender el panorama general requiere centrarse en lo pequeño
Los cambios en el número, los tipos e incluso las estructuras de las moléculas presentes en el interior de las células pueden afectar profundamente al modo en que un organismo, en su conjunto, responde a los estímulos externos, incluida la exposición a los vuelos espaciales. Por ello, la Biología Espacial financia y lleva a cabo investigaciones que identifican y caracterizan estos cambios moleculares. Esto incluye estudios diseñados para determinar cómo el vuelo espacial altera la expresión de los genes a nivel de ARN, proteínas y producción de metabolitos en diferentes tipos de células y tejidos, y cómo estos cambios afectan a la salud general del organismo. Esto también incluye investigaciones que caracterizan cómo la función, la estructura, el daño y la reparación del ADN se ven afectados por los vuelos espaciales, y si la exposición a los vuelos espaciales conduce a cambios permanentes en el ADN que pueden transmitirse a la siguiente generación de organismos.
Señalización celular: ¿Influye el vuelo espacial en la comunicación celular?
La Biología Espacial financia investigaciones que estudian las células en cultivos bidimensionales y tridimensionales para caracterizar sus interacciones, incluido el contacto entre células, las vías de señalización intercelular y el tráfico celular. Los resultados de estas investigaciones conducen a estudios de tejidos y órganos completos, seguidos de interacciones entre tejidos y órganos. Lo que se descubre a través de esta investigación tiene el potencial de ayudarnos a construir una imagen del estado biológico de todo el organismo y nos lleva a comprender el impacto del entorno espacial, ya que afecta a la respuesta fisiológica, la aclimatación y la disfunción.
Diferenciación y función celular
Con algunas excepciones, todas las células de un organismo complejo tienen el mismo ADN. Eso significa que una célula ósea dentro de un animal contiene el mismo plano genético que una de sus células de la piel o neuronas (células nerviosas). La activación y desactivación cuidadosamente regulada de genes específicos en estas células durante el desarrollo garantiza que una célula de la piel funcione correctamente como célula de la piel, y no como célula ósea, muscular o de cualquier otro tipo. Por tanto, aunque todos los tipos de células de un organismo complejo contienen los mismos genes, estas células difieren en los genes que expresan y en el momento de su expresión. Por lo tanto, la Biología Espacial apoya la investigación que responde a las preguntas de cómo el entorno espacial afecta a la función y la diferenciación de las células madre, así como la forma en que estos cambios afectan a la función normal del tejido, la regeneración y el desarrollo.
GeneLab: Datos ómicos disponibles para todos
Los experimentos que realizamos generan enormes cantidades de datos ómicos que describen los cambios celulares y moleculares inducidos por los vuelos espaciales. Estos datos se archivarán en la base de datos GeneLab para la ciencia abierta, a la que podrán acceder las comunidades científica, comercial y pública en general.
El sistema de datos GeneLab es el repositorio de datos en línea de acceso abierto de la NASA para los resultados de los experimentos de biología espacial. Los datos recogidos en el sistema de datos GeneLab abarcan múltiples disciplinas de la ciencia biológica/biomédica y áreas de énfasis de investigación para abordar hipótesis de biología fundamental y permitir la biología traslacional relevante para la biotecnología comercial y las aplicaciones farmacéuticas. El enlace del sitio web de GeneLab al depósito de datos permite acceder a todos los datos recogidos por especies y misiones de vuelo espacial, así como a un proceso para enviar conjuntos de datos al depósito. El repositorio de datos de GeneLab también incluye importantes metadatos relacionados con los experimentos de vuelos espaciales y terrestres, que son de vital importancia para los investigadores si quieren interpretar y analizar con precisión estos datos para sus propias investigaciones específicas.