What We Study
Le cellule rispondono ai cambiamenti del loro ambiente attraverso una varietà di meccanismi diversi. Un esempio di tale meccanismo è l’innesco di una risposta allo stress che spesso richiede il cambiamento dell’espressione di geni specifici. I geni possono essere attivati e/o disattivati da molecole cellulari note come fattori di trascrizione, che si legano a regioni specifiche del DNA della cellula e avviano la trascrizione della sequenza del DNA in RNA. In alternativa, le cellule possono rispondere agli stimoli ambientali aumentando o diminuendo i tipi e le quantità di proteine che producono, o aumentando o diminuendo i loro tassi metabolici. Queste risposte cellulari di solito non avvengono in modo isolato, ma sono spesso influenzate dalle risposte delle cellule vicine, sia che si tratti di microbi coltivati in una coltura, sia che si tratti di cellule vegetali in una punta di radice. Questo rende la comprensione di come le cellule comunicano tra loro all’interno di una cultura o in un tessuto complesso un aspetto importante degli studi di biologia cellulare e molecolare.
Per più di 40 anni, sono state condotte indagini per capire come le cellule e i sistemi cellulari rispondono all’ambiente di volo spaziale. La maggior parte di questi primi studi si è concentrata sulla caratterizzazione dei cambiamenti funzionali e morfologici che si sono verificati a livello cellulare negli organismi multicellulari. Lo sviluppo dei moderni strumenti di biologia molecolare, tuttavia, ha permesso una maggiore comprensione dei meccanismi molecolari sottostanti, cioè come le cellule segnalano l’una all’altra in presenza di microgravità, e come i cambiamenti cellulari aiutano l’adattamento all’ambiente di volo spaziale. La combinazione di studi di biologia cellulare e molecolare, quindi, ha fornito una grande quantità di informazioni sugli effetti biologici del volo spaziale che riguardano la biologia microbica, vegetale e animale.
Di seguito alcuni esempi di ricerca di biologia molecolare e cellulare con cui Space Biology sta lavorando o a cui è interessata:
Biologia molecolare: Understanding the Big Picture Requires Focusing on the Small
I cambiamenti nel numero, nei tipi e persino nelle strutture delle molecole presenti nelle cellule possono influenzare profondamente il modo in cui un organismo, nel suo insieme, risponde agli stimoli esterni, compresa l’esposizione al volo spaziale. Space Biology, quindi, finanzia e conduce ricerche che identificano e caratterizzano questi cambiamenti molecolari. Questo include studi progettati per determinare come il volo spaziale altera l’espressione genica a livello di RNA, proteine e produzione di metaboliti in diversi tipi di cellule e tessuti, e come questi cambiamenti hanno un impatto sulla salute generale dell’organismo. Questo include anche indagini che caratterizzano come la funzione, la struttura, il danno e la riparazione del DNA sono influenzati dal volo spaziale, e se l’esposizione al volo spaziale porta a cambiamenti permanenti nel DNA che possono essere trasmessi alla prossima generazione di organismi.
Cell Signaling: Il volo spaziale ha un impatto sulla comunicazione cellulare?
La biologia spaziale finanzia la ricerca che studia le cellule in colture 2-D e 3-D per caratterizzare le loro interazioni, compreso il contatto tra cellule, le vie di segnalazione intercellulare e il traffico cellulare. I risultati di queste indagini portano a studi su interi tessuti e organi, seguiti da interazioni da tessuto a tessuto e da organo a organo. Ciò che viene scoperto attraverso questa ricerca ha il potenziale per aiutarci a costruire un quadro dello stato biologico dell’intero organismo e porta a comprendere l’impatto dell’ambiente spaziale come influisce sulla risposta fisiologica, l’acclimatazione e la disfunzione.
Differenziazione e funzione cellulare
Con alcune eccezioni, tutte le cellule di un organismo complesso hanno lo stesso DNA. Ciò significa che una cellula ossea all’interno di un animale contiene lo stesso modello genetico di una delle sue cellule della pelle o dei neuroni (cellule nervose). L’accensione e lo spegnimento accuratamente regolati di geni specifici in queste cellule durante lo sviluppo fanno sì che una cellula della pelle funzioni correttamente come cellula della pelle, e non come cellula ossea, muscolare o qualsiasi altro tipo di cellula. Quindi, mentre tutti i tipi di cellule in un organismo complesso contengono gli stessi geni, queste cellule differiscono nei geni che esprimono e nei tempi della loro espressione. Space Biology sostiene quindi la ricerca che risponde alle domande su come l’ambiente spaziale influenzi la funzione e la differenziazione delle cellule staminali e su come questi cambiamenti influenzino la normale funzione dei tessuti, la rigenerazione e lo sviluppo.
GeneLab: Dati omici disponibili per tutti
Gli esperimenti che conduciamo generano enormi quantità di dati omici che descrivono i cambiamenti cellulari e molecolari indotti dal volo spaziale. Questi saranno archiviati nel database GeneLab per l’open science, accessibile alle comunità scientifiche, commerciali e pubbliche in generale.
Il GeneLab Data System è il repository di dati ricercabili on-line della NASA per i risultati degli esperimenti di biologia spaziale. I dati raccolti nel sistema di dati GeneLab attraversano molteplici discipline scientifiche biologiche/biomediche e aree di ricerca per affrontare ipotesi biologiche fondamentali e per consentire una biologia traslazionale rilevante per le applicazioni biotecnologiche e farmaceutiche commerciali. Il link del sito web di GeneLab all’archivio dati permette l’accesso a tutti i dati raccolti per specie e missioni di volo spaziale, così come un processo per l’invio di set di dati all’archivio. Il repository di dati GeneLab include anche importanti metadati relativi al volo spaziale e agli esperimenti a terra, che è di fondamentale importanza per i ricercatori se vogliono interpretare e analizzare accuratamente questi dati per le loro indagini specifiche.