Vad vi studerar
Celler reagerar på förändringar i sin omgivning genom en rad olika mekanismer. Ett exempel på en sådan mekanism är utlösandet av en stressreaktion som ofta kräver att uttrycket av specifika gener ändras. Gener kan aktiveras och/eller inaktiveras av cellulära molekyler som kallas transkriptionsfaktorer, vilka binder till specifika regioner i cellens DNA och initierar transkription av DNA-sekvensen till RNA. Alternativt kan cellerna reagera på miljöstimuli genom att öka eller minska de typer och mängder av protein som de producerar, eller genom att öka eller sänka sin ämnesomsättning. Sådana cellreaktioner sker vanligtvis inte isolerat utan påverkas ofta av reaktionerna från närliggande celler, oavsett om det är mikrober som odlas i en kultur eller växtceller i en rotspets. Detta gör att förståelsen av hur celler kommunicerar med varandra i en kultur eller i en komplex vävnad är en viktig aspekt av cell- och molekylärbiologiska studier.
I mer än 40 år har undersökningar utförts för att förstå hur celler och cellsystem reagerar på rymdflygets miljö. De flesta av dessa tidiga studier koncentrerade sig på att karaktärisera de funktionella och morfologiska förändringar som inträffade på cellnivå i flercelliga organismer. Utvecklingen av moderna molekylärbiologiska verktyg har dock gjort det möjligt att öka förståelsen för underliggande molekylmekanismer, dvs. hur celler signalerar till varandra i närvaro av mikrogravitation, och hur cellförändringar underlättar anpassningen till rymdflygmiljön. Kombinationen av cell- och molekylärbiologiska studier har därför gett en mängd information om de biologiska effekterna av rymdfärder som sträcker sig över mikrob-, växt- och djurbiologi.
Nedan följer några exempel på molekylär- och cellbiologisk forskning som rymdbiologin samarbetar med eller är intresserad av:
Molekylärbiologi: För att förstå den stora bilden måste man fokusera på det lilla
Förändringar i antalet, typerna och till och med strukturerna hos de molekyler som finns i cellerna kan ha stor betydelse för hur en organism som helhet reagerar på yttre stimuli, inklusive exponering för rymdfärder. Space Biology finansierar och bedriver därför forskning som identifierar och karakteriserar dessa molekylära förändringar. Detta omfattar studier som syftar till att fastställa hur rymdfärder förändrar genuttrycket på RNA-, protein- och metabolitnivåerna i olika celltyper och vävnader, och hur dessa förändringar påverkar organismens allmänna hälsa. Detta omfattar också undersökningar som karakteriserar hur DNA-funktion, struktur, skador och reparation påverkas av rymdfärder, och om exponering för rymdfärder leder till permanenta förändringar i DNA som kan föras vidare till nästa generation av organismer.
Cellsignalering:
Rymdbiologi finansierar forskning som studerar celler i både 2D- och 3D-kulturer för att karakterisera deras interaktioner, inklusive cell-till-cell-kontakt, intercellulära signalvägar och celltrafiken. Resultaten från dessa undersökningar leder till studier av hela vävnader och organ följt av interaktioner mellan vävnader och organ. Det som upptäcks genom denna forskning har potential att hjälpa oss att skapa en bild av hela organismens biologiska tillstånd och leder till förståelse av rymdmiljöns inverkan på fysiologiska reaktioner, acklimatisering och dysfunktion.
Cellulär differentiering och funktion
Med vissa undantag har alla celler i en komplex organism samma DNA. Det innebär att en bencell i ett djur innehåller samma genetiska plan som en av dess hudceller eller neuroner (nervceller). Noggrant reglerad aktivering och avstängning av specifika gener i dessa celler under utvecklingen ser till att en hudcell fungerar korrekt som en hudcell, och inte som en bencell, muskelcell eller någon annan typ av cell. Även om alla celltyper i en komplex organism innehåller samma gener, skiljer sig cellerna åt i fråga om vilka gener de uttrycker och när de uttrycks. Space Biology stöder därför forskning som besvarar frågorna om hur rymdmiljön påverkar stamcellernas funktion och differentiering samt hur dessa förändringar påverkar normal vävnadsfunktion, regeneration och utveckling.
GeneLab: Omics-data tillgängliga för alla
De experiment vi utför genererar enorma mängder omics-data som beskriver cellulära och molekylära förändringar som orsakas av rymdfärder. Dessa kommer att arkiveras i GeneLab-databasen för öppen vetenskap, tillgänglig för det allmänna vetenskapliga, kommersiella och offentliga samfundet.
GeneLab-datasystemet är NASA:s öppet tillgängliga, online-sökbara dataregister för rymdbiologiska experimentresultat. De data som samlas in i GeneLab-datasystemet omfattar flera biologiska/biomedicinska vetenskapsdiscipliner och forskningsområden för att ta itu med grundläggande biologiska hypoteser och möjliggöra translationell biologi som är relevant för kommersiella biotekniska och farmaceutiska tillämpningar. Länken på GeneLabs webbplats till dataregistret ger tillgång till alla insamlade data per art och rymdflyguppdrag samt till en process för att skicka in dataset till dataregistret. GeneLabs dataregister innehåller också viktiga metadata om rymdflygningarna och de markbaserade experimenten, vilket är av avgörande betydelse för forskarna om de ska kunna tolka och analysera dessa data på ett korrekt sätt för sina egna specifika undersökningar.