Kernfusiereacties in de zon zijn de bron van warmte en licht die we op aarde ontvangen. Bij deze reacties komt een enorme hoeveelheid kosmische straling vrij, waaronder röntgen- en gammastraling, en geladen deeltjes die schadelijk kunnen zijn voor alle levende organismen.

Het leven op aarde is beschermd dankzij een magnetisch veld dat geladen deeltjes dwingt van pool naar pool te stuiteren en een atmosfeer die schadelijke straling filtert.

Tijdens ruimtereizen is het echter een andere situatie. Om erachter te komen wat er in een cel gebeurt als ze door de ruimte reizen, sturen wetenschappers bakkersgist naar de maan als onderdeel van NASA's Artemis 1-missie.

Kosmische schade

Kosmische straling kan cel-DNA beschadigen, waardoor het menselijk risico op neurodegeneratieve aandoeningen en dodelijke ziekten, zoals kanker, aanzienlijk toeneemt. Omdat het International Space Station (ISS) zich in een van de twee Van Allen-stralingsgordels van de aarde bevindt - wat een veilige zone biedt - worden astronauten niet te veel blootgesteld. Astronauten in het ISS ervaren echter microzwaartekracht, wat een andere stress is die de celfysiologie drastisch kan veranderen.

Omdat NASA van plan is astronauten naar de maan te sturen, en later naar Mars, worden deze omgevingsstress uitdagender.

Grafisch verhaal van de wetenschap en techniek achter de laatste stappen van integratie en overdracht van de #DSRG voordat deze wordt gelanceerd op #SLS @NASASpaceSci @NASA_SLS

De eenheid aan de linkerkant gaat naar de maanbaan terwijl de rechter de back-up is, voor het geval ik struikel terwijl ik hem vasthoud pic.twitter.com/QavR1OpzyW

— Luis Zea (@SpaceLuisZea) 14 augustus 2022

De meest gebruikelijke strategie om astronauten te beschermen tegen de negatieve effecten van kosmische straling is om ze fysiek af te schermen met behulp van ultramoderne materialen.

Lessen uit de winterslaap

Verschillende onderzoeken tonen aan dat overwinteraars beter bestand zijn tegen hoge doses straling, en sommige wetenschappers hebben het gebruik van "synthetische of geïnduceerde torpor" tijdens ruimtemissies voorgesteld om astronauten te beschermen.

Een andere manier om het leven tegen kosmische straling te beschermen, is het bestuderen van extremofielen - organismen die opmerkelijk goed bestand zijn tegen omgevingsstress. Tardigrades, bijvoorbeeld, zijn micro-dieren die een verbazingwekkende weerstand hebben getoond tegen een aantal belastingen, waaronder schadelijke straling. Deze ongewone stevigheid komt voort uit een klasse eiwitten die bekend staat als 'tardigrade-specifieke eiwitten'.

Onder toezicht van moleculair bioloog Corey Nislow gebruik ik bakkersgist, Saccharomyces cerevisiae , om kosmische DNA-schadestress te bestuderen. We nemen deel aan NASA's Artemis 1-missie, waar onze verzameling gistcellen 42 dagen lang naar de maan en terug zal reizen in het Orion-ruimtevaartuig.

Deze verzameling bevat ongeveer 6.000 giststammen met streepjescode, waarbij in elke stam één gen is verwijderd. Wanneer ze worden blootgesteld aan de omgeving in de ruimte, zouden die stammen achterblijven als de deletie van een specifiek gen de celgroei en replicatie beïnvloedt.

Mijn primaire project in het Nislow-lab is het genetisch manipuleren van gistcellen om ze tardigrade-specifieke eiwitten tot expressie te brengen. We kunnen dan bestuderen hoe die eiwitten de fysiologie van cellen en hun weerstand tegen omgevingsstress - en vooral straling - kunnen veranderen, in de hoop dat dergelijke informatie van pas zou komen wanneer wetenschappers zoogdieren proberen te manipuleren met deze eiwitten.

Wanneer de missie is voltooid en we onze monsters terug hebben ontvangen, kan met behulp van de streepjescodes het aantal van elke stam worden geteld om genen en genroutes te identificeren die essentieel zijn voor het overleven van schade veroorzaakt door kosmische straling.

Een modelorganisme

Gist heeft lange tijd gediend als een "modelorganisme" in DNA-schadestudies, wat betekent dat er solide achtergrondkennis is over de mechanismen in gist die reageren op DNA-beschadigende middelen. De meeste gistgenen die een rol spelen bij de reactie op DNA-schade zijn goed bestudeerd.

Ondanks de verschillen in genetische complexiteit tussen gist en mensen, is de functie van de meeste genen die betrokken zijn bij DNA-replicatie en DNA-schaderespons zo geconserveerd gebleven tussen de twee dat we veel informatie kunnen verkrijgen over de DNA-schaderespons van menselijke cellen door gist te bestuderen .

Bovendien stelt de eenvoud van gistcellen in vergelijking met menselijke cellen (gist heeft 6.000 genen terwijl we meer dan 20.000 genen hebben) ons in staat om meer solide conclusies te trekken.

En in giststudies is het mogelijk om het hele proces van het voeden van de cellen en het stoppen van hun groei te automatiseren in een elektronisch apparaat ter grootte van een schoenendoos, terwijl het kweken van zoogdiercellen meer ruimte in het ruimtevaartuig en veel complexere machines vereist.

Dergelijke studies zijn essentieel om te begrijpen hoe de lichamen van astronauten kunnen omgaan met langdurige ruimtemissies en om effectieve tegenmaatregelen te ontwikkelen. Zodra we de genen hebben geïdentificeerd die een sleutelrol spelen bij het overleven van kosmische straling en microzwaartekracht, kunnen we op zoek gaan naar medicijnen of behandelingen die kunnen helpen de duurzaamheid van de cellen te vergroten om dergelijke spanningen te weerstaan.

We zouden ze dan kunnen testen in andere modellen (zoals muizen) voordat we ze daadwerkelijk op astronauten toepassen. Deze kennis kan mogelijk ook nuttig zijn voor het kweken van planten buiten de aarde. + Verder verkennen

Wetenschapper stuurt gist en algen naar de ruimte op Artemis 1

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.