What We Study
Cells respond to changes in their environment through a variety of different mechanisms. Przykładem takiego mechanizmu jest wywołanie odpowiedzi na stres, która często wymaga zmiany ekspresji określonych genów. Geny mogą być aktywowane i/lub dezaktywowane przez cząsteczki komórkowe znane jako czynniki transkrypcyjne, które wiążą się ze specyficznymi regionami DNA komórki i inicjują transkrypcję sekwencji DNA na RNA. Alternatywnie, komórki mogą odpowiadać na bodźce środowiskowe poprzez zwiększanie lub zmniejszanie typów i ilości produkowanych białek, lub poprzez zwiększanie lub zmniejszanie tempa metabolizmu. Takie odpowiedzi komórkowe zazwyczaj nie zachodzą w izolacji, ale są często uwarunkowane odpowiedziami sąsiednich komórek, niezależnie od tego, czy są to mikroby hodowane w kulturze, czy komórki roślinne w wierzchołku korzenia. To sprawia, że zrozumienie jak komórki komunikują się ze sobą w obrębie kultury lub w złożonej tkance jest ważnym aspektem badań biologii komórkowej i molekularnej.
Od ponad 40 lat prowadzone są badania mające na celu zrozumienie jak komórki i systemy komórkowe reagują na środowisko lotu kosmicznego. Większość z tych wczesnych badań koncentrowała się na scharakteryzowaniu funkcjonalnych i morfologicznych zmian, które zachodziły na poziomie komórkowym w organizmach wielokomórkowych. Rozwój nowoczesnych narzędzi biologii molekularnej pozwolił jednak na lepsze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw molekuł, tj. w jaki sposób komórki sygnalizują sobie wzajemnie sygnały w obecności mikrograwitacji oraz w jaki sposób zmiany w komórkach wspomagają adaptację do środowiska lotu kosmicznego. Połączenie badań z zakresu biologii komórkowej i molekularnej dostarczyło bogactwa informacji na temat biologicznych skutków lotów kosmicznych, które dotyczą biologii drobnoustrojów, roślin i zwierząt.
Poniżej znajduje się kilka przykładów badań z zakresu biologii molekularnej i komórkowej, z którymi współpracuje lub którymi jest zainteresowana Biologia Przestrzeni Kosmicznej:
Biologia Molekularna: Understanding the Big Picture Requires Focusing on the Small
Zmiany w liczbie, typach, a nawet strukturach cząsteczek obecnych w komórkach mogą głęboko wpłynąć na to, jak organizm, jako całość, reaguje na bodźce zewnętrzne, włączając w to narażenie na lot kosmiczny. Dlatego też Biologia Przestrzeni Kosmicznej finansuje i prowadzi badania, które identyfikują i charakteryzują te zmiany molekularne. Obejmuje to badania mające na celu określenie, w jaki sposób lot kosmiczny zmienia ekspresję genów na poziomie RNA, białka i produkcji metabolitów w różnych typach komórek i tkanek, oraz w jaki sposób te zmiany wpływają na ogólny stan zdrowia organizmu. Obejmuje to również badania, które charakteryzują, jak funkcja DNA, struktura, uszkodzenia i naprawa są pod wpływem lotu kosmicznego i czy narażenie na lot kosmiczny prowadzi do trwałych zmian w DNA, które mogą być przekazywane następnym pokoleniom organizmów.
Sygnalizacja komórkowa: Czy lot kosmiczny wpływa na komunikację komórkową?
Space Biology finansuje badania, które badają komórki w kulturach dwu- i trójwymiarowych w celu scharakteryzowania ich interakcji, w tym kontaktu komórka-komórka, międzykomórkowych szlaków sygnalizacyjnych i handlu komórkowego. Wyniki tych badań prowadzą do badań całych tkanek i organów, a następnie interakcji tkanka-tkanka i organ-organ. To, co zostało odkryte dzięki tym badaniom ma potencjał, aby pomóc nam zbudować obraz stanu biologicznego całego organizmu i prowadzi do zrozumienia wpływu środowiska kosmicznego, jak to wpływa na odpowiedź fizjologiczną, aklimatyzację i dysfunkcję.
Różnicowanie komórkowe i funkcja
Z pewnymi wyjątkami, wszystkie komórki w złożonym organizmie mają to samo DNA. Oznacza to, że komórka kostna zwierzęcia zawiera ten sam schemat genetyczny, co jedna z jego komórek skóry lub neuronów (komórek nerwowych). Starannie regulowane włączanie i wyłączanie określonych genów w tych komórkach podczas rozwoju zapewnia, że komórka skóry funkcjonuje prawidłowo jako komórka skóry, a nie jako komórka kości, mięśni lub jakikolwiek inny typ komórki. Dlatego, choć wszystkie typy komórek w złożonym organizmie zawierają te same geny, komórki te różnią się pod względem genów, które wyrażają, oraz czasu ich ekspresji. Dlatego Space Biology wspiera badania, które odpowiadają na pytania, w jaki sposób środowisko kosmiczne wpływa na funkcjonowanie i różnicowanie komórek macierzystych, a także jak te zmiany wpływają na normalne funkcjonowanie tkanek, regenerację i rozwój.
GeneLab: Dane omiczne dostępne dla wszystkich
Prowadzone przez nas eksperymenty generują ogromne ilości danych omicznych opisujących zmiany komórkowe i molekularne wywołane lotem kosmicznym. Zostaną one zarchiwizowane w bazie danych GeneLab dla otwartej nauki, dostępnej dla ogólnych społeczności naukowych, komercyjnych i publicznych.
System danych GeneLab jest otwartym, przeszukiwalnym on-line repozytorium danych NASA dla wyników eksperymentów Biologii Kosmicznej. Dane zgromadzone w systemie danych GeneLab obejmują wiele dyscyplin biologicznych/biologicznych i obszarów badań, aby odpowiedzieć na podstawowe hipotezy biologiczne i umożliwić translacyjne biologii istotne dla komercyjnych zastosowań biotechnologicznych i farmaceutycznych. Link do repozytorium danych na stronie GeneLab umożliwia dostęp do wszystkich zgromadzonych danych w podziale na gatunki i misje lotów kosmicznych, a także do procesu przesyłania zbiorów danych do repozytorium. Repozytorium danych GeneLab zawiera również ważne metadane związane z eksperymentami kosmicznymi i naziemnymi, co ma kluczowe znaczenie dla naukowców, jeśli mają oni dokładnie zinterpretować i przeanalizować te dane dla swoich własnych specyficznych badań.
.