Mitä tutkimme

Solut reagoivat ympäristössään tapahtuviin muutoksiin monilla eri mekanismeilla. Esimerkki tällaisesta mekanismista on stressivasteen laukeaminen, joka usein edellyttää tiettyjen geenien ilmentymisen muuttamista. Geenejä voidaan aktivoida ja/tai deaktivoida transkriptiotekijöiksi kutsuttujen solumolekyylien avulla, jotka sitoutuvat solun DNA:n tiettyihin alueisiin ja aloittavat DNA:n sekvenssin transkription RNA:ksi. Vaihtoehtoisesti solut voivat reagoida ympäristön ärsykkeisiin lisäämällä tai vähentämällä tuottamiensa proteiinien tyyppejä ja määriä tai lisäämällä tai vähentämällä aineenvaihduntanopeuttaan. Tällaiset soluvasteet eivät yleensä tapahdu eristyksissä, vaan niihin vaikuttavat usein naapurisolujen vasteet, olivatpa ne sitten viljelyssä kasvatettuja mikrobeja tai juuren kärjessä olevia kasvisoluja. Tämän vuoksi sen ymmärtäminen, miten solut kommunikoivat keskenään viljelyssä tai monimutkaisessa kudoksessa, on tärkeä osa solu- ja molekyylibiologisia tutkimuksia.

Yli 40 vuoden ajan on tehty tutkimuksia sen ymmärtämiseksi, miten solut ja solujärjestelmät reagoivat avaruuslentoympäristöön. Suurin osa näistä varhaisista tutkimuksista keskittyi monisoluisissa organismeissa solutasolla tapahtuvien toiminnallisten ja morfologisten muutosten kuvaamiseen. Nykyaikaisten molekyylibiologisten välineiden kehittyminen on kuitenkin mahdollistanut paremman ymmärryksen taustalla olevista molekyylimekanismeista eli siitä, miten solut viestivät toisilleen mikrogravitaatiossa ja miten solumuutokset auttavat sopeutumaan avaruuslentoympäristöön. Solu- ja molekyylibiologisten tutkimusten yhdistelmä on siis tuottanut runsaasti tietoa avaruuslentojen biologisista vaikutuksista, jotka ulottuvat mikrobi-, kasvi- ja eläinbiologian alueelle.

Alhaalla on muutamia esimerkkejä molekyyli- ja solubiologisesta tutkimuksesta, jonka parissa avaruusbiologia työskentelee tai josta se on kiinnostunut:

Molekyylibiologia:

Muutokset soluissa olevien molekyylien määrissä, tyypeissä ja jopa rakenteissa voivat vaikuttaa syvällisesti siihen, miten organismi kokonaisuutena reagoi ulkoisiin ärsykkeisiin, mukaan lukien altistuminen avaruuslennoille. Avaruusbiologia rahoittaa ja toteuttaa tutkimusta, jossa tunnistetaan ja luonnehditaan näitä molekyylimuutoksia. Tähän sisältyvät tutkimukset, joiden tarkoituksena on selvittää, miten avaruuslento muuttaa geeniekspressiota RNA:n, proteiinien ja aineenvaihduntatuotteiden tuotannossa eri solutyypeissä ja kudoksissa ja miten nämä muutokset vaikuttavat elimistön yleiseen terveyteen. Tähän kuuluvat myös tutkimukset, joilla luonnehditaan, miten avaruuslento vaikuttaa DNA:n toimintaan, rakenteeseen, vaurioitumiseen ja korjautumiseen ja johtaako avaruuslentoaltistus pysyviin muutoksiin DNA:ssa, jotka voivat siirtyä seuraavalle eliösukupolvelle.

Cell Signaling:

Avaruusbiologia rahoittaa tutkimusta, jossa tutkitaan soluja sekä kaksi- että kolmiulotteisissa viljelmissä niiden vuorovaikutuksen kuvaamiseksi, mukaan lukien solujen väliset kontaktit, solujen väliset signaalireitit ja solujen liikkuminen. Näiden tutkimusten tulokset johtavat kokokudos- ja elintutkimuksiin, joita seuraavat kudosten väliset ja elinten väliset vuorovaikutukset. Se, mitä näissä tutkimuksissa löydetään, voi auttaa meitä rakentamaan kuvan koko organismin biologisesta tilasta ja johtaa avaruusympäristön vaikutuksen ymmärtämiseen, koska se vaikuttaa fysiologiseen vasteeseen, akklimaatioon ja toimintahäiriöihin.

Solujen erilaistuminen ja toiminta

Joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta kaikilla monimutkaisessa organismissa olevilla soluilla on sama DNA. Tämä tarkoittaa, että eläimen luusolu sisältää saman geneettisen mallin kuin jokin sen ihosolu tai neuroni (hermosolu). Näiden solujen tiettyjen geenien tarkoin säädelty käynnistyminen ja sammuminen kehityksen aikana varmistaa, että ihosolu toimii oikein ihosoluna eikä luusoluna, lihassoluna tai muuna solutyyppinä. Vaikka monimutkaisessa organismissa kaikki solutyypit sisältävät samoja geenejä, solut eroavat toisistaan niiden ilmentämien geenien ja niiden ilmentymisen ajoituksen suhteen. Avaruusbiologia tukee siksi tutkimusta, joka vastaa kysymyksiin siitä, miten avaruusympäristö vaikuttaa kantasolujen toimintaan ja erilaistumiseen sekä siihen, miten nämä muutokset vaikuttavat kudosten normaaliin toimintaan, uudistumiseen ja kehitykseen.

GeneLab:

Tekemämme kokeet tuottavat valtavia määriä omics-dataa, joka kuvaa avaruuslentojen aiheuttamia solu- ja molekyylimuutoksia. Nämä arkistoidaan GeneLab-tietokantaan avointa tiedettä varten, joka on yleisten tieteellisten, kaupallisten ja julkisten yhteisöjen käytettävissä.

GeneLab-tietojärjestelmä on NASA:n avoimeen pääsyyn perustuva, online-hakukelpoinen tietovarasto avaruusbiologisten kokeiden tuloksia varten. GeneLab-tietojärjestelmään kerätyt tiedot kattavat useita biologisia/biolääketieteellisiä tieteenaloja ja tutkimuspainopisteitä, jotta voidaan käsitellä biologian perushypoteeseja ja mahdollistaa kaupallisen biotekniikan ja lääketeollisuuden sovellusten kannalta merkityksellinen translaatiobiologia. GeneLab-verkkosivuston linkki tietovarastoon tarjoaa pääsyn kaikkeen kerättyyn dataan lajeittain ja avaruuslentolennoilla sekä prosessin tietokokonaisuuksien lähettämiseksi tietovarastoon. GeneLabin tietovarasto sisältää myös tärkeitä avaruuslento- ja maanpäällisiin kokeisiin liittyviä metatietoja, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä tutkijoille, jos he haluavat tulkita ja analysoida näitä tietoja tarkasti omia erityistutkimuksiaan varten.