Wetenschap
Ruimtevaartatrofie bestuderen met machine learning
Zelfs intensieve oefeningen door astronauten kunnen de spieratrofie veroorzaakt door microzwaartekracht niet compenseren. Atrofie vindt gedeeltelijk plaats via een onderliggend mechanisme dat de calciumopname reguleert. Recent onderzoek heeft aangetoond dat blootstelling aan ruimtevluchten de opname van calcium in de spieren verandert. De moleculaire mechanismen die deze veranderingen aansturen zijn echter nog niet goed bestudeerd.
Onderzoekers van het Ames Research Center onderzochten deze mechanismen door machine learning (ML) toe te passen om patronen te identificeren in datasets van muizen die werden blootgesteld aan microzwaartekracht. ML-methoden zijn bijzonder effectief bij het identificeren van patronen in complexe biologische gegevens en zijn geschikt voor ruimtebiologisch onderzoek waarbij kleine datasets vaak worden gecombineerd om de statistische kracht te vergroten.
Weerstandstraining kan de negatieve gezondheidseffecten van microzwaartekracht op spieratrofie tegengaan, maar nieuw onderzoek van het Ames Research Center probeert de fysiologische mechanismen te begrijpen die een rol spelen om biomarkers te identificeren die innovatieve tegenmaatregelen kunnen ondersteunen. De studie was een project van NASA's Space Life Sciences Training Program in het Ames Research Center. Het is gepubliceerd in het tijdschrift npj Microgravity .
Machine learning-analyse toont moleculaire factoren aan die fysiologische veranderingen in de calciumkanaal-sarcoplasmatisch/endoplasmatisch reticulum (SERCA)-pomp veroorzaken, wat leidt tot spierveranderingen en spierverlies bij knaagdieren in de ruimtevlucht. Er zijn ML-modellen gemaakt om eiwitten te identificeren die de veerkracht van een organisme tegen microzwaartekracht met betrekking tot de calciumopname in de spieren kunnen voorspellen. Specifieke eiwitten, Acyp1 en Rps7, bleken de meest voorspellende biomarkers te zijn die geassocieerd zijn met een verhoogde calciuminname in snel bewegende spieren.
Deze studie bood een eerste blik op het gebruik van ML op de calciumopname in spieren bij blootstelling aan microzwaartekracht. Deze studie toonde de rol aan van NASA's open science-initiatief bij het versnellen van de ruimtebiologie door zijn afhankelijkheid van ARC's Open Science Data Repository (OSDR) en Analysis Working Groups, evenals de betrokkenheid van een internationaal onderzoeksteam uit de VS, Canada, Denemarken en Australië. Opvallend is dat de eerste auteur van het artikel een student was aan UC Berkeley, wat het onbeperkte potentieel aantoont van de samenwerking tussen NASA en Berkeley op het gebied van levenswetenschappenonderzoek met het komende Berkeley Space Center in het NASA Research Park.