Polskie drożdże wróciły z orbity. Gen niesporczaka dał im przewagę

Polski eksperyment z misji Ignis nie polegał na wysłaniu na orbitę samego niesporczaka. Naukowcy postanowili sprawdzić, czy jeden z jego genów może pomóc innym organizmom radzić sobie w trudnych warunkach. Do ISS trafiły więc drożdże wyposażone w gen związany z wyjątkową odpornością tego mikroskopijnego zwierzęcia. Po powrocie próbek pierwsze analizy wskazują, że taki zabieg rzeczywiście może zwiększać odporność komórek na stres.

Zamiast spektakularnych eksperymentów na dużych organizmach badacze postawili na coś znacznie skromniejszego, ale naukowo szalenie użytecznego. Na orbitę trafiły komórki drożdży Saccharomyces cerevisiae – organizmu, który od lat jest jednym z podstawowych narzędzi biologii molekularnej. To te same drożdże, które odpowiadają za wyrastanie ciasta czy fermentację piwa, jednak w laboratoriach pełnią zupełnie inną funkcję. Dzięki prostocie budowy, szybkiemu wzrostowi i dobrze poznanej genetyce pozwalają śledzić procesy zachodzące w żywych komórkach z dokładnością trudną do osiągnięcia u bardziej złożonych organizmów.

Polski zespół przygotował szczepy zmodyfikowane genetycznie tak, aby zawierały gen niesporczaka odpowiedzialny za produkcję białka AOX. Niesporczaki to maleńkie bezkręgowce słynące z odporności na wysychanie, promieniowanie, skrajne temperatury i próżnię. Potrafią wejść w stan kryptobiozy, czyli niemal całkowitego wyciszenia metabolizmu, dzięki czemu przeczekują warunki, które dla większości zwierząt byłyby zabójcze.

AOX, czyli alternatywna oksydaza, działa w mitochondriach. To struktury komórkowe odpowiedzialne za pozyskiwanie energii, często nazywane komórkowymi elektrowniami. W warunkach stresu, a takim stresem może być mikrograwitacja i promieniowanie na orbicie, mitochondria łatwo zaczynają pracować gorzej. Pomysł był prosty i odważny zarazem: sprawdzić, czy element biologicznego arsenału niesporczaka pomoże drożdżom oddychać komórkowo stabilniej poza Ziemią.

Na Międzynarodową Stację Kosmiczną poleciało 40 fiolek z drożdżami. Próbki obejmowały 5 grup, po 8 fiolek w każdej. Były tam zwykłe drożdże, drożdże z genem niesporczaka, szczepy osłabione oraz warianty kontrolne, które pozwalają odróżnić rzeczywisty efekt AOX od przypadku.

Próbki przez cały czas pozostawały w zamkniętym pojemniku i nie były otwierane na orbicie. Hodowle przechowywano w ciemności, w temperaturze około 20 st. C, w specjalnie przygotowanym opakowaniu zabezpieczającym je przed uszkodzeniem. Nad przebiegiem eksperymentu na ISS czuwał Sławosz Uznański-Wiśniewski, który w ramach misji Ignis realizował program polskich badań naukowych i technologicznych.

Po powrocie na Ziemię wszystkie trafiły do polskich laboratoriów. Samo przetrwanie lotu nie wystarczy. Trzeba jeszcze sprawdzić, czy komórki rzeczywiście pracowały inaczej, czy lepiej się dzieliły, czy ich mitochondria zachowały sprawniejszą strukturę i czy gen niesporczaka dał przewagę w warunkach podobnych do tych, które czekają organizmy podczas dłuższych misji.

Wstępne analizy wskazują, że gen AOX doskonale pomaga drożdżom radzić sobie w warunkach stresowych. Na Ziemi zmodyfikowane szczepy rosły lepiej na pożywkach wymagających sprawnej pracy mitochondriów, a ich komórki namnażały się wydajniej niż szczepy kontrolne. Badacze zwracają też uwagę na korzystniejszy kształt i budowę mitochondriów u drożdży z genem niesporczaka.

Teraz trzeba potwierdzić, czy efekt ochronny widoczny w laboratorium utrzymuje się po realnym pobycie na orbicie. Mikrograwitacja, czyli stan pozornej nieważkości na ISS, potrafi zaburzać pracę komórek. Do tego dochodzi promieniowanie jonizujące, czyli promieniowanie o energii wystarczającej do uszkadzania cząsteczek biologicznych, w tym DNA.

W tym eksperymencie nie chodzi o samą obserwację interesującego zjawiska w stylu: niesporczak podzielił się supermocą z drożdżami. Badacze chcą sprawdzić, czy konkretne rozwiązanie biologiczne rzeczywiście poprawia funkcjonowanie komórek w warunkach kosmicznych. Jeśli tak, podobne modyfikacje mogłyby znaleźć zastosowanie w organizmach wykorzystywanych podczas długotrwałych misji, gdzie odporność na stres środowiskowy ma bezpośredni wpływ na skuteczność procesów biologicznych.

Drożdże są atrakcyjne dla sektora kosmicznego nie dlatego, że są wyjątkowe, lecz dlatego, że są przede wszystkim użyteczne. Potrafią produkować białka, związki odżywcze i inne substancje, które na Ziemi uzyskuje się w biotechnologii. W długiej misji kosmicznej każdy kilogram ładunku ma znaczenie. Zamiast zabierać z Ziemi wszystko na zapas, można próbować wytwarzać część potrzebnych związków na miejscu.

To właśnie kryje się za pojęciem biofabryki. Chodzi o żywe komórki, które działają jak miniaturowe zakłady produkcyjne. Na Księżycu, Marsie albo podczas wielomiesięcznej podróży takie organizmy mogłyby wspierać produkcję żywności, składników odżywczych, enzymów lub paliw biologicznych. Żeby jednak było to możliwe, muszą poradzić sobie w środowisku, które dla ziemskiego życia jest wyjątkowo wymagające.

Przeczytaj także:

Jak czytamy na łamach Nauka w Polsce, Yeast TardigradeGene był jednym z eksperymentów realizowanych w ramach pierwszej polskiej misji naukowo-technologicznej na ISS. Przy projekcie współpracowały zespoły z Uniwersytetu Szczecińskiego, Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu i Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Misja Ignis nie była więc tylko symbolicznym lotem Polaka na orbitę. Jej prawdziwy sens widać właśnie w takich próbkach, które po powrocie trafiają pod mikroskopy, do sekwenatorów i analiz komórkowych.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI