What We Study
Cellen reageren op veranderingen in hun omgeving via een verscheidenheid van verschillende mechanismen. Een voorbeeld van zo’n mechanisme is het in gang zetten van een stressrespons, waarvoor vaak de expressie van specifieke genen moet worden veranderd. Genen kunnen worden geactiveerd en/of gedeactiveerd door cellulaire moleculen, transcriptiefactoren genaamd, die zich binden aan specifieke regio’s van het DNA van de cel en de transcriptie van de DNA-sequentie in RNA in gang zetten. Cellen kunnen ook reageren op omgevingsstimuli door de soorten en hoeveelheden eiwitten die zij produceren te verhogen of te verlagen, of door hun stofwisseling te verhogen of te verlagen. Dergelijke reacties van cellen treden gewoonlijk niet geïsoleerd op, maar worden vaak beïnvloed door de reacties van naburige cellen, of het nu gaat om microben die in een cultuur worden gekweekt, of om plantencellen in een worteltop. Dit maakt het begrijpen van hoe cellen met elkaar communiceren binnen een cultuur of in een complex weefsel een belangrijk aspect van cel- en moleculairbiologische studies.
Al meer dan 40 jaar wordt onderzoek gedaan om te begrijpen hoe cellen en celsystemen reageren op de ruimtevaartomgeving. De meeste van deze vroege studies concentreerden zich op het karakteriseren van de functionele en morfologische veranderingen die optraden op cellulair niveau in meercellige organismen. De ontwikkeling van moderne moleculair-biologische instrumenten heeft echter een beter inzicht mogelijk gemaakt in de onderliggende mechanismen van moleculen, d.w.z. hoe cellen elkaar signalen geven in aanwezigheid van microzwaartekracht, en hoe celveranderingen de aanpassing aan de ruimtevluchtomgeving bevorderen. De combinatie van cellulair en moleculair biologisch onderzoek heeft dan ook een schat aan informatie opgeleverd over de biologische effecten van ruimtevluchten, die zowel microbiële, plantaardige als dierlijke biologie omvat.
Hieronder volgen enkele voorbeelden van moleculair en celbiologisch onderzoek waar Ruimtebiologie mee samenwerkt of in geïnteresseerd is:
Moleculaire biologie: Understanding the Big Picture Requires Focusing on the Small
Verschuivingen in het aantal, het type en zelfs de structuur van de moleculen die in de cellen aanwezig zijn, kunnen een diepgaande invloed hebben op hoe een organisme als geheel reageert op externe stimuli, waaronder blootstelling aan ruimtevluchten. Space Biology financiert en voert daarom onderzoek uit dat deze moleculaire veranderingen identificeert en karakteriseert. Dit omvat studies om te bepalen hoe ruimtevluchten de genexpressie veranderen op het niveau van RNA, proteïne en metabolietproductie in verschillende celtypes en weefsels, en hoe deze veranderingen van invloed zijn op de algehele gezondheid van het organisme. Dit omvat ook onderzoek dat karakteriseert hoe DNA-functie, -structuur, -schade en -herstel worden beïnvloed door ruimtevluchten, en of blootstelling aan ruimtevluchten leidt tot permanente veranderingen in DNA die kunnen worden doorgegeven aan de volgende generatie organismen.
Celsignalering: Heeft ruimtevaart invloed op cellulaire communicatie?
Space Biology financiert onderzoek dat cellen in zowel 2D als 3D culturen bestudeert om hun interacties te karakteriseren, inclusief cel-tot-cel contact, intercellulaire signaalwegen, en cellulaire trafficking. De bevindingen van deze onderzoeken leiden tot weefsel- en orgaanstudies, gevolgd door weefsel-tot-weefsel en orgaan-tot-orgaan interacties. De ontdekkingen van dit onderzoek kunnen ons helpen een beeld te krijgen van de biologische toestand van het hele organisme en leiden tot een beter begrip van de invloed van de ruimteomgeving op fysiologische reacties, acclimatisatie en disfunctie.
Cellulaire differentiatie en functie
Op enkele uitzonderingen na, hebben alle cellen in een complex organisme hetzelfde DNA. Dat betekent dat een botcel in een dier dezelfde genetische blauwdruk bevat als een van zijn huidcellen of neuronen (zenuwcellen). Zorgvuldig gereguleerde aan- en uitschakeling van specifieke genen in deze cellen tijdens de ontwikkeling zorgt ervoor dat een huidcel naar behoren functioneert als een huidcel, en niet als een botcel, spiercel, of een ander celtype. Hoewel alle celtypes in een complex organisme dezelfde genen bevatten, verschillen deze cellen dus in de genen die ze tot expressie brengen, en in het tijdstip waarop dat gebeurt. Space Biology ondersteunt daarom onderzoek dat antwoord geeft op de vraag hoe de ruimte-omgeving de stamcelfunctie en -differentiatie beïnvloedt en hoe deze veranderingen de normale weefselfunctie, regeneratie en ontwikkeling beïnvloeden.
GeneLab: Omics data beschikbaar voor iedereen
De experimenten die we uitvoeren genereren enorme hoeveelheden omics data die cellulaire en moleculaire veranderingen beschrijven die door ruimtevluchten worden veroorzaakt. Deze zullen worden gearchiveerd in de GeneLab database voor open wetenschap, toegankelijk voor de algemene wetenschappelijke, commerciële, en publieke gemeenschappen.
Het GeneLab Data System is NASA’s open-access, online doorzoekbare data repository voor Space Biology experiment resultaten. De gegevens die in het GeneLab datasysteem worden verzameld, lopen dwars door meerdere biologische/biomedische wetenschapsdisciplines en onderzoeksgebieden heen om fundamentele biologiehypothesen te onderzoeken en translationele biologie mogelijk te maken die relevant is voor commerciële biotechnologische en farmaceutische toepassingen. De link naar de databank op de GeneLab-website biedt toegang tot alle verzamelde gegevens per soort en per ruimtevluchtmissie, en tot een procedure voor het indienen van datasets bij de databank. De GeneLab data repository bevat ook belangrijke metadata met betrekking tot de ruimtevlucht en experimenten op de grond, wat van cruciaal belang is voor onderzoekers als ze deze gegevens nauwkeurig willen interpreteren en analyseren voor hun eigen specifieke onderzoeken.