Геном людини складається з 3 мільярдів пар хімічних основ. Те, як на нього впливає тривала невагомість, досі лишається однією з найбільших загадок космічної медицини. Але ми вже маємо трохи даних із цього приводу, оскільки людство багато років має постійну присутність у космосі.
Десятиліття польотів на Міжнародну космічну станцію показали: тривале перебування поза Землею помітно змінює фізіологію. Астронавти стикаються з атрофією м’язів, втратою кісткової щільності, проблемами із зором, а також змінами у серцево-судинній і центральній нервовій системах, пише 24 Канал.
Одне з досліджень NASA, відоме як Twins Study, показало, що мікрогравітація впливає на астронавтів і на генетичному рівні. У ньому брали участь брати-близнюки Скотт і Марк Келлі: Скотт рік провів у космосі, а Марк залишався на Землі як контрольний учасник. Проте повний масштаб цих змін досі невідомий, тому потрібні нові дослідження.
Проєкт “Геном людини” стартував 1990 року, а в квітні 2003 року його оголосили завершеним: вчені визначили послідовність усіх 3 мільярдів пар основ ДНК. Попри це, фізичні принципи, за якими організований геном, поки що не зрозумілі повною мірою.
Структура генома надзвичайно складна. Одновимірна послідовність записана в молекулах ДНК завдовжки близько двох метрів, які вміщаються в крихітне клітинне ядро розміром лише приблизно 10 мікрометрів. Будова генома пов’язана з його функціями, а відхилення можуть призводити до хвороб, зокрема раку та порушень розвитку.
Дослідники з Центру фізики м’якої речовини Нью-Йоркського університету створили спеціальну установку, яка відтворює умови мікрогравітації. Це машина випадкового позиціонування, схожа на ту, що використовують для підготовки астронавтів. На ній обертали чашки з живими клітинними культурами одночасно за двома осями, у тривимірній траєкторії. Так вдалося зафіксувати, як гени реагують на мікрогравітацію.
Під час таких обертань на Землі виникають потоки рідини, яких немає в справжній невагомості. Тому команда розробила тривимірні алгоритми, що моделюють мікрогравітацію та зменшують ці потоки. Додатково вчені створили алгоритми для оцінки того, як потоки впливають на клітини. Це зменшило і самі потоки, і утворення скупчень клітин, які в попередніх дослідженнях затьмарювали ефекти мікрогравітації.
Після 24 годин впливу змодельованої мікрогравітації чи потоків рідини вчені дослідили клітини за допомогою сучасних методів візуалізації. Вони записували серії зображень і аналізували зміни в клітинах, ядрах, організації та динаміці генома, а також можливе пошкодження ДНК.
Мікрогравітація збільшила об’єм клітинного ядра, що означає: гравітація його зменшує. Потоки рідини натомість подовжували клітини. Товщина й структура ядерної оболонки не змінилися, тож гравітація, найімовірніше, майже не впливає на ці риси. Фізична організація генома та його рухи в ядрі за добу залишилися колишніми. Змін, які виявили, було небагато, але з часом вони можуть накопичуватися. Мікрогравітація не пошкодила ДНК, а от потоки рідини спричинили пошкодження.
Роль гравітації на Землі пояснила Александра Зідовська, доцентка кафедри фізики Нью-Йоркського університету.
На Землі гравітація – це постійне механічне навантаження на все живе. Ми хотіли дізнатися, яку роль вона відіграє в організації та роботі генома. Щоб це з’ясувати, потрібно прибрати гравітацію, тому ми змоделювали нульову гравітацію – прокоментувала Александра Зідовська.
Результати обнадіюють: геном виявився дуже стійким до механічного стресу й, імовірно, витримає мікрогравітацію без серйозних змін. Втім, це лише верхівка айсберга. Вплив тривалих польотів потрібно вивчати далі, бо від цього залежать майбутні місії до Місяця, Марса та далі.
Наші дані показують, що геном, його організація та динаміка напрочуд стійкі й, схоже, не залежать від гравітації чи її відсутності після 24 годин. Це свідчить, що фізична організація генома людини може мало змінюватися в космосі за порівнянний час. Проте за довшої експозиції та через пошкодження ДНК, що виникають у космосі, зміни цілком можливі – додала Александра Зідовська.
