Ce que nous étudions
Les cellules répondent aux changements de leur environnement par une variété de mécanismes différents. Un exemple d’un tel mécanisme est le déclenchement d’une réponse au stress qui nécessite souvent de modifier l’expression de gènes spécifiques. Les gènes peuvent être activés et/ou désactivés par des molécules cellulaires connues sous le nom de facteurs de transcription, qui se lient à des régions spécifiques de l’ADN de la cellule et initient la transcription de la séquence de l’ADN en ARN. Par ailleurs, les cellules peuvent répondre à des stimuli environnementaux en augmentant ou en diminuant les types et les quantités de protéines qu’elles produisent, ou en augmentant ou en diminuant leur taux métabolique. Ces réponses cellulaires ne se produisent généralement pas de manière isolée, mais sont souvent influencées par les réponses des cellules voisines, qu’il s’agisse de microbes cultivés dans une culture ou de cellules végétales dans une racine. Cela fait de la compréhension de la façon dont les cellules communiquent entre elles dans une culture ou dans un tissu complexe un aspect important des études de biologie cellulaire et moléculaire.
Depuis plus de 40 ans, des enquêtes ont été menées pour comprendre comment les cellules et les systèmes cellulaires répondent à l’environnement des vols spatiaux. La plupart de ces premières études se sont concentrées sur la caractérisation des changements fonctionnels et morphologiques qui se sont produits au niveau cellulaire dans les organismes multicellulaires. Le développement d’outils modernes de biologie moléculaire a toutefois permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents, c’est-à-dire comment les cellules se signalent les unes aux autres en présence de microgravité, et comment les changements cellulaires favorisent l’adaptation à l’environnement des vols spatiaux. La combinaison d’études de biologie cellulaire et moléculaire a donc fourni une mine d’informations concernant les effets biologiques des vols spatiaux qui touchent à la biologie microbienne, végétale et animale.
Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de recherches en biologie moléculaire et cellulaire avec lesquelles la biologie spatiale travaille ou qui l’intéressent :
Biologie moléculaire : Understanding the Big Picture Requires Focusing on the Small
Les changements dans le nombre, les types et même les structures des molécules présentes dans les cellules peuvent affecter profondément la façon dont un organisme, dans son ensemble, répond aux stimuli externes, y compris l’exposition aux vols spatiaux. C’est pourquoi la biologie spatiale finance et mène des recherches qui identifient et caractérisent ces changements moléculaires. Cela comprend des études visant à déterminer comment les vols spatiaux modifient l’expression des gènes au niveau de la production d’ARN, de protéines et de métabolites dans différents types de cellules et de tissus, et comment ces changements ont un impact sur la santé globale de l’organisme. Cela comprend également des enquêtes qui caractérisent la façon dont la fonction, la structure, les dommages et la réparation de l’ADN sont impactés par les vols spatiaux, et si l’exposition aux vols spatiaux entraîne des changements permanents dans l’ADN qui peuvent être transmis à la prochaine génération d’organismes.
Signalisation cellulaire : Les vols spatiaux ont-ils un impact sur la communication cellulaire ?
La biologie spatiale finance des recherches qui étudient les cellules dans des cultures en 2-D et en 3-D pour caractériser leurs interactions, y compris les contacts entre cellules, les voies de signalisation intercellulaire et le trafic cellulaire. Les résultats de ces recherches conduisent à des études de tissus entiers et d’organes, puis à des interactions entre tissus et entre organes. Ce qui est découvert par cette recherche a le potentiel de nous aider à construire une image de l’état biologique de l’organisme entier et conduit à comprendre l’impact de l’environnement spatial comme il affecte la réponse physiologique, l’acclimatation et le dysfonctionnement.
Différenciation et fonction cellulaires
A quelques exceptions près, toutes les cellules d’un organisme complexe ont le même ADN. Cela signifie qu’une cellule osseuse au sein d’un animal contient le même schéma génétique qu’une de ses cellules de peau ou de ses neurones (cellules nerveuses). L’activation et la désactivation soigneusement régulées de gènes spécifiques dans ces cellules au cours du développement permettent de s’assurer qu’une cellule de la peau fonctionne correctement en tant que cellule de la peau, et non en tant que cellule osseuse, cellule musculaire ou tout autre type de cellule. Par conséquent, si tous les types de cellules d’un organisme complexe contiennent les mêmes gènes, ces cellules diffèrent par les gènes qu’elles expriment et le moment de leur expression. La biologie spatiale soutient donc la recherche qui répond aux questions de savoir comment l’environnement spatial affecte la fonction et la différenciation des cellules souches, ainsi que la façon dont ces changements affectent la fonction, la régénération et le développement des tissus normaux.
GeneLab : Les données omiques disponibles pour tous
Les expériences que nous menons génèrent d’énormes quantités de données omiques décrivant les changements cellulaires et moléculaires induits par les vols spatiaux. Celles-ci seront archivées dans la base de données GeneLab pour une science ouverte, accessible par les communautés scientifiques générales, commerciales et publiques.
Le système de données GeneLab est le dépôt de données consultable en ligne et en accès libre de la NASA pour les résultats des expériences de biologie spatiale. Les données recueillies dans le système de données GeneLab recoupent de multiples disciplines des sciences biologiques/biomédicales et des domaines de recherche privilégiés afin de répondre aux hypothèses de biologie fondamentale et de permettre une biologie translationnelle pertinente pour les applications biotechnologiques et pharmaceutiques commerciales. Le lien du site Web de GeneLab vers le référentiel de données permet d’accéder à toutes les données collectées par espèce et par mission de vol spatial, ainsi qu’à un processus de soumission des ensembles de données au référentiel. Le référentiel de données GeneLab comprend également d’importantes métadonnées relatives aux expériences menées dans l’espace et au sol, ce qui est d’une importance capitale pour les chercheurs s’ils veulent interpréter et analyser avec précision ces données pour leurs propres recherches spécifiques.