Organizmy z polskiego eksperymentu wpadły w szał. Zyskały tam "supermoce"
Polscy naukowcy wzięli pod lupę glony powracające z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a pierwsze wyniki ich analiz dosłownie wprawiają w osłupienie. W zderzeniu z kosmiczną mikrograwitacją i promieniowaniem te niepozorne organizmy masowo przeprogramowały swoje geny, zamieniając się w ultrawydajne, walczące o przetrwanie fabryki tlenu.
Sławosz Uznański - Wiśniewski już jakiś czas temu wrócił z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale dla polskich naukowców misja jego dopiero nabiera tempa. Wraz z polskim astronautą na pokład ISS trafiły niepozorne glony z terenów wulkanicznych. Organizmy te były testowane na ISS po raz pierwszy.
Wyniki eksperymentu koordynowanego przez wrocławską spółkę Extremo Technologies właśnie spływają do laboratoriów i już teraz można powiedzieć, że kosmos wyciska z ziemskich organizmów absolutne maksimum, a ich DNA reaguje w sposób wręcz niewyobrażalny.
Jak się okazało glony to organizm, który w obliczu zupełnie nowego, ekstremalnego środowiska niemal natychmiast przebudowuje cały swój system operacyjny. Dokładnie to zjawisko zaobserwował zespół pod kierownictwem prof. dr. hab. Marcina Woźniaka, wybitnego genetyka z Collegium Medicum UMK w Bydgoszczy.
Ekstremofilne glony, wysłane na orbitę wewnątrz specjalnie zaprojektowanej aluminiowej kostki badawczej, przeżyły w kosmosie prawdziwy szok. Z puli zaledwie pięciu tysięcy genów, jakimi dysponują te mikroskopijne organizmy, aż cztery tysiące wykazały drastyczne różnice w ekspresji względem próbek kontrolnych pozostawionych na Ziemi.
To nie była drobna, punktowa anomalia. Mieliśmy do czynienia z potężną, masową reakcją. Komórki rzuciły absolutnie wszystkie siły na przetrwanie, uruchamiając potężną syntezę kwasów nukleinowych DNA i RNA oraz białek.
Glony gorączkowo dostosowywały swój metabolizm do realiów mikrograwitacji i kosmicznego promieniowania. Co najważniejsze, nie był to jednorazowy wybryk natury. Identyczne, powtarzalne mechanizmy zaobserwowano w kilku niezależnych hodowlach, co daje badaczom twarde, niepodważalne dowody na niesamowitą elastyczność genetyczną tych jednokomórkowców.
Fabryki tlenu na sterydach i zmutowane ściany komórkowe
Ten kosmiczny stres przyniósł niezwykle intrygujące efekty uboczne. Innowacyjne sensory, w które wyposażono minilaboratorium podłączone na ISS do systemu ICE Cubes Facility, wykazały, że w stanie nieważkości glony zaczęły pracować jak fabryki tlenu na sterydach.
Jego produkcja na orbicie była zauważalnie wyższa niż w przypadku identycznej hodowli referencyjnej prowadzonej w warunkach ziemskich. Jakby tego było mało, naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN im. Marcelego Nenckiego, uzbrojeni w potężne mikroskopy elektronowe, dostrzegli wyraźne zmiany w samej budowie ścian komórkowych i błon u badanych organizmów.
Genetycy z Bydgoszczy mają teraz przed sobą fascynującą zagadkę. Muszą ustalić, jakie dokładnie mechanizmy molekularne napędzają te potężne zmiany. Zadanie jest o tyle ciekawe, że do eksperymentu wytypowano dwa unikatowe gatunki, z których jeden jest absolutnym ewenementem i w ogóle nie posiada ściany komórkowej.
Genom tych glonów jest niezwykle skondensowany i przypomina raczej budowę prostych bakterii. Składa się niemal wyłącznie z sekwencji kodujących, w przeciwieństwie do mocno rozproszonego DNA człowieka.
Syndrom trudnego pacjenta, czyli logistyczny koszmar
Zbadanie kosmicznych weteranów nie należało do rutynowych procedur. Naukowcy musieli zmierzyć się z wyzwaniem, które sami określają mianem trudnego pacjenta. W przeciwieństwie do doskonale rozpracowanych, powszechnie używanych w laboratoriach bakterii (jak popularna Escherichia coli), wyizolowanie wysokiej jakości RNA i DNA z powracających z orbity glonów wymagało żmudnego opracowywania procedur od zupełnego zera.
Badacze z UMK musieli przeprowadzić serię optymalizacji, nie mając żadnej gwarancji, że ziemskie metody zadziałają na materiale, który właśnie wrócił z kosmosu.
Dodatkowym bólem głowy był sam moment lądowania. Brak technicznych możliwości zamrożenia próbek jeszcze na orbicie sprawił, że przed dotarciem do laboratorium organizmy ponownie odczuły wpływ ziemskiej grawitacji.
Choć zespół Extremo Technologies stanął na rzęsach, by skrócić to okno grawitacyjne do absolutnego minimum, glony zdążyły po części zareagować na powrót do domu. Na szczęście, jak uspokaja prof. Woźniak, w komórkach zdołała przetrwać specyficzna pamięć komórkowa z orbity, co pozwala naukowcom precyzyjnie odczytać zmiany, które zaszły setki kilometrów nad Ziemią.
Więcej o misji Sławosza Uznańskiego - Wiśniewskiego przeczytasz nas Spider's Web:
Przyszłość podboju kosmosu rośnie w probówkach
Po co właściwie wysyłać wulkaniczne organizmy w kosmos? Odpowiedź jest niezwykle pragmatyczna, a cel tych badań wykracza daleko poza czystą akademicką ciekawość. To właśnie te niepozorne glony, w swoim naturalnym środowisku odporne na wyziewy siarkowodoru, potężne stężenia dwutlenku węgla i toksyczne metale ciężkie, mogą stać się fundamentem dla przyszłych, załogowych misji na Księżyc czy Marsa.
Zrozumienie ich reakcji stresowych to pierwszy krok do stworzenia wydajnych, zamkniętych systemów podtrzymywania życia, które w bazach kosmicznych będą przetwarzać odpady i produkować cenne substancje odżywcze.
Polski eksperyment niesie też potężny potencjał dla ziemskiej medycyny i farmakologii. Naukowcy testowali na orbicie specjalną substancję mającą chronić komórki przed zabójczym promieniowaniem jonizującym, UV oraz ekstremalnym wysychaniem.
Wyniki tych testów mogą zrewolucjonizować współczesną biotechnologię. Okazuje się, że klucz do bezpiecznej i długotrwałej eksploracji kosmosu nie leży wyłącznie w potężnych rakietach, ale przede wszystkim w elastycznych genetycznie mikroorganizmach, które dopiero pokazują swój pełen potencjał.
Eksperyment Space Volcanic Algae kierowany był przez Ewę Borowską, doktorantkę Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Warszawskiego.
Glony będą stanowić w przyszłości jeden z kluczowych elementów systemów obiegu zamkniętego na stacjach kosmicznych i w przyszłych bazach kosmicznych. Są to organizmy szybko się rozwijające przy niewielkim nakładzie energetyczno-żywieniowym. Stanowią one nie tylko podstawę produkcji tlenu i przetwarzania dwutlenku węgla, ale ich biomasa może być także potencjalnych nawozem dla roślin, pożywieniem dla prostych form bezkręgowców i w końcu dodatkowym uzupełnieniem diety astronautów"- wyjaśnia Ewa Borowska.
Główna ilustracja: Sławosz Uznański - Wiśniewski z pojemnikiem zawierającym algi. W ramach eksperymentu w kosmos wysłano ekstremofilne glony z terenów wulkanicznych, które umieszczono w specjalnie zaprojektowanym minilaboratorium – kostce aluminiowej. Fot. ESA
