Mit vizsgálunk

A sejtek különböző mechanizmusokkal reagálnak környezetük változásaira. Ilyen mechanizmus például a stresszválasz kiváltása, amely gyakran bizonyos gének expressziójának megváltoztatását igényli. A géneket a transzkripciós faktoroknak nevezett sejtmolekulák aktiválhatják és/vagy deaktiválhatják, amelyek a sejt DNS-ének meghatározott régióihoz kötődnek, és elindítják a DNS szekvenciájának RNS-é történő átírását. Alternatívaként a sejtek a környezeti ingerekre úgy is reagálhatnak, hogy növelik vagy csökkentik az általuk termelt fehérje típusait és mennyiségét, vagy növelik vagy csökkentik anyagcseréjük sebességét. Az ilyen sejtválaszok általában nem elszigetelten történnek, hanem gyakran a szomszédos sejtek válaszai befolyásolják őket, legyenek azok kultúrában termesztett mikrobák vagy gyökércsúcsban lévő növényi sejtek. Ez teszi a sejt- és molekuláris biológiai vizsgálatok fontos aspektusává annak megértését, hogy a sejtek hogyan kommunikálnak egymással egy kultúrán belül vagy egy összetett szövetben.

Már több mint 40 éve folynak vizsgálatok annak megértésére, hogy a sejtek és sejtrendszerek hogyan reagálnak az űrrepülési környezetre. E korai vizsgálatok többsége a többsejtű szervezetekben sejtszinten bekövetkező funkcionális és morfológiai változások jellemzésére összpontosított. A modern molekuláris biológiai eszközök fejlődése azonban lehetővé tette a mögöttes molekuláris mechanizmusok jobb megértését, vagyis azt, hogy miként jeleznek egymásnak a sejtek mikrogravitáció jelenlétében, és hogyan segítik a sejtek változásai az űrrepülési környezethez való alkalmazkodást. A sejt- és molekuláris biológiai vizsgálatok kombinációja ezért az űrrepülés biológiai hatásaival kapcsolatban olyan információkkal gazdagodott, amelyek átívelnek a mikrobiológiai, a növényi és az állati biológián.

Az alábbiakban néhány példa a molekuláris és sejtbiológiai kutatásokra, amelyekkel az Űrbiológia együtt dolgozik vagy amelyek iránt érdeklődik:

Molekuláris biológia: A sejtekben jelen lévő molekulák számának, típusának, sőt szerkezetének változásai alapvetően befolyásolhatják, hogy egy szervezet egésze hogyan reagál a külső ingerekre, beleértve az űrrepülésnek való kitettséget is. Az Űrbiológia ezért olyan kutatásokat finanszíroz és végez, amelyek ezeket a molekuláris változásokat azonosítják és jellemzik. Ez magában foglalja azokat a vizsgálatokat, amelyek célja annak meghatározása, hogy az űrrepülés hogyan változtatja meg a génexpressziót az RNS, a fehérjék és az anyagcseretermelés szintjén a különböző sejttípusokban és szövetekben, és hogy ezek a változások hogyan befolyásolják a szervezet általános egészségi állapotát. Ide tartoznak azok a vizsgálatok is, amelyek azt jellemzik, hogy az űrrepülés hogyan befolyásolja a DNS működését, szerkezetét, károsodását és javítását, és hogy az űrrepülésnek való kitettség vezet-e olyan maradandó változásokhoz a DNS-ben, amelyek átörökíthetők a következő generációs szervezetekre.

Cell Signaling:

Az űrbiológia olyan kutatásokat finanszíroz, amelyek 2-D és 3-D kultúrákban vizsgálják a sejteket, hogy jellemezzék kölcsönhatásaikat, beleértve a sejtek közötti kapcsolatot, a sejtek közötti jelátviteli utakat és a sejtek mozgását. E vizsgálatok eredményei egész szövetek és szervek vizsgálatához vezetnek, majd a szövetek közötti és a szervek közötti kölcsönhatásokhoz. Az e kutatások során felfedezettek segíthetnek abban, hogy képet alkossunk az egész szervezet biológiai állapotáról, és elvezetnek az űrkörnyezet hatásának megértéséhez, mivel az befolyásolja a fiziológiai választ, az akklimatizálódást és a működési zavarokat.

Celluláris differenciálódás és működés

Néhány kivételtől eltekintve egy komplex szervezet minden sejtje azonos DNS-sel rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy egy állatban egy csontsejt ugyanazt a genetikai mintát tartalmazza, mint egy bőrsejt vagy neuron (idegsejt). Ezekben a sejtekben a fejlődés során a specifikus gének gondosan szabályozott be- és kikapcsolása biztosítja, hogy egy bőrsejt megfelelően bőrsejtként működjön, és ne csontsejtként, izomsejtként vagy más típusú sejtként. Ezért, bár egy összetett szervezetben minden sejttípus ugyanazokat a géneket tartalmazza, ezek a sejtek különböznek az általuk kifejezett génekben és azok kifejeződésének időzítésében. Az Űrbiológia ezért olyan kutatásokat támogat, amelyek arra a kérdésre adnak választ, hogy az űrkörnyezet hogyan befolyásolja az őssejtek működését és differenciálódását, valamint azt, hogy ezek a változások hogyan hatnak a normális szöveti működésre, regenerációra és fejlődésre.

GeneLab: Az általunk végzett kísérletek óriási mennyiségű omikai adatot generálnak, amelyek az űrrepülés által kiváltott sejtes és molekuláris változásokat írják le. Ezeket a GeneLab adatbázisban archiváljuk a nyílt tudomány számára, amely az általános tudományos, kereskedelmi és nyilvános közösségek számára is hozzáférhető.

A GeneLab adatrendszer a NASA nyílt hozzáférésű, on-line kereshető adattár az űrbiológiai kísérletek eredményeihez. A GeneLab adatrendszerben gyűjtött adatok több biológiai/biogyógyászati tudományágat és kutatási területet érintenek, hogy az alapvető biológiai hipotézisekkel foglalkozzanak, és lehetővé tegyék a kereskedelmi biotechnológiai és gyógyszeripari alkalmazások szempontjából releváns transzlációs biológiát. Az adattárhoz vezető GeneLab weboldalon található link lehetővé teszi az összes összegyűjtött adathoz való hozzáférést fajonként és űrrepülési küldetésenként, valamint az adatkészletek adattárba való beküldésének folyamatát. A GeneLab adattár az űrrepüléssel és a földi kísérletekkel kapcsolatos fontos metaadatokat is tartalmaz, ami kritikus fontosságú a kutatók számára, ha pontosan értelmezni és elemezni akarják ezeket az adatokat saját egyedi vizsgálataikhoz.