Een internationaal team van wetenschappers bestudeerde vissen die het ISS hebben bezocht en ontdekte de cellulaire mechanismen die botverlies onder controle houden zonder zwaartekracht. Het blijkt dat microzwaartekracht de manier verandert waarop genen verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van botcellen.
In feite worden niet alleen visskeletten ziek met microzwaartekracht. Verlies van botweefsel is een van de ernstigste problemen waarmee astronauten worden geconfronteerd tijdens en na hun dienst op het ISS. Manifestaties van verlies doen denken aan seniele osteoporose, hoewel astronauten het al lang vóór de ouderdom tegenkomen - botten worden kwetsbaarder en brozer en verliezen calcium. Veranderingen op cellulair niveau zijn direct merkbaar na het vliegen in een duikvliegtuig.
Het cellulaire mechanisme van botverlies is tot nu toe onduidelijk gebleven. Het is bekend dat gewichtloosheid veel verandert in een levend organisme - het hart verliest bijvoorbeeld geleidelijk zijn vaardigheid om te versnellen met een scherpe verandering in druk. Hierdoor vallen de astronauten die naar de aarde zijn teruggekeerd, flauw van plotselinge bewegingen. Veranderingen doen zich ook voor op het niveau van genexpressie en werden waargenomen tijdens het verzamelen van biomaterialen van astronauten.
Containers met kwallen laboratoriumvissen komen aan bij ISS
Om erachter te komen wat er precies gebeurt in bot- en kraakbeencellen zonder zwaartekracht, besloten de wetenschappers Japanse aquariumvissen medaka (Oryzias latipes) naar het ISS te sturen, waarvan de cellulaire mechanismen van de ontwikkeling van botten en kraakbeen sterk lijken op die van zoogdieren. In 2014 vlogen genetisch gemodificeerde vissen aan boord van het ruimtestation, in wiens lichamen de verhoogde activiteit van bepaalde genen zich openbaarde als een heldere gloed.
Het bleek dat al op de eerste dag zonder zwaartekracht 105 genen hard begonnen te werken in vissen, en nog eens 49, daarentegen, waren veel minder actief in de ruimte dan in de lichamen van vissen uit de controlegroep op aarde. Van deze genen zijn er 5 geassocieerd met de ontwikkeling van skeletcellen: twee reguleren de groei van osteoblasten (jonge botcellen) en drie - osteoclasten - reuzencellen die betrokken zijn bij het oplossen van bestaand botweefsel. Al deze genen reguleren de productie van transcriptiefactoren die betrokken zijn bij de ontwikkeling van osteoblasten en osteoclasten.
Medaka vis
Promotie video:
Onder normale omstandigheden treden deze genen op verschillende tijdstippen in werking, maar door gewichtloosheid zijn hun schema's verschoven en heeft dit geleid tot ernstige veranderingen in de structuur van botweefsel. Wetenschappers moeten nog precies uitleggen hoe dit gebeurt bij zowel laboratoriumvissen als mensen.
Nog belangrijker zijn de algemene conclusies van de auteurs van de studie: veranderingen in genactiviteit op de allereerste dag van een verandering in de zwaartekracht suggereren dat een cel een kant-en-klaar afweermechanisme heeft tegen sprongen in de zwaartekracht, die vrijwel onmiddellijk in werking treden. Dit mechanisme verandert de hele chromatinestructuur aanzienlijk - de substantie van de celkern, die bestaat uit DNA, RNA en eiwitten die nodig zijn voor hun werk, waarbij de kern wordt afgestemd op de verandering in de zwaartekracht.
De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Scientific Reports.