Narodziny zdrowych myszy to dobra wiadomość. Dowód na to, że plemniki zdołały przetrwać nieuszkodzone na pokładzie ISS, gdzie promieniowanie kosmiczne mogące niszczyć DNA jest ponad 100 razy silniejsze niż na Ziemi. Badania na myszach to pierwszy krok w kierunku zrozumienia zagrożeń, jakie mogą czekać na ludzi, którzy w przyszłości będą żyć w przestrzeni kosmicznej i na innych planetach.
„Bardzo ważne jest zbadanie wpływu promieniowania kosmicznego nie tylko na żywe organizmy, ale także na przyszłe pokolenia przed nadejściem ery kosmicznej. Promieniowanie kosmiczne może powodować uszkodzenia DNA komórek i obawy o dziedziczenie mutacji u potomstwa, po głębokiej eksploracji kosmosu” – napisali autorzy badania w artykule na łamach „Science Advances”.
Jeśli ludzkie plemniki okażą się podobnie odporne na kosmiczne promieniowanie, to w przyszłości – gdy Ziemia stanie się niezdatna do życia lub gdy ludzkie kolonie powstaną w innych miejscach Układu Słonecznego – liofilizowane plemniki będą mogły odegrać istotną rolę w zaludnianiu kosmicznych kolonii.
Promieniowanie kosmiczne może uszkadzać DNA plemników
Powyższe założenia mogą brzmieć niczym wyimek z książki science-fiction. Jednak w obliczu postępujących zmian klimatycznych i przeludnienia, naukowcy na całym świecie coraz częściej debatują nad możliwością budowy pozaziemskich osad. W ostatnich latach pojawiły się już pomysły kolonizacji Marsa i Ceresa (to planeta karłowata krążąca między Marsem i Jowiszem), budowy wielkiej stacji kosmicznej czy stworzenia ogromnego biobanku na Księżycu.
Podczas gdy jedni snują odważne wizje życia w kosmosie, inni badają, czy możliwe jest przejście od marzeń do prawdziwego działania. W nowym badaniu postanowiono sprawdzić, czy istnieje ryzyko, że promieniowanie kosmiczne uszkodzi DNA ssaków i innych zwierząt. Gdyby tak było, uniemożliwiłoby to reprodukcję i utrzymanie przy życiu ludzkości żyjącej poza Ziemią.
Aby to zbadać, japońscy naukowcy wykorzystali nowatorską metodę badania wpływu promieniowania na plemnikach ssaków. W związku z tym, że przetransportowanie żywych zwierząt na ISS jest praktycznie niemożliwe, a na Ziemi nie da się odtworzyć warunków przypominających promieniowanie kosmiczne, wykorzystali liofilizowali nasienie myszy. To technika, która pozwoliła na przechowywanie komórek w temperaturze pokojowej przez długi czas i bezpieczne przesłanie ich na ISS, bez konieczności zamrażania.
Plemniki zostały wystrzelone na ISS w sierpniu 2013 r., a na orbicie astronauci przechowywali je w zamrażarce w temperaturze minus 95 st. Celsjusza. Część próbek wróciła po dziewięciu miesiącach, część po dwóch latach i dziewięciu miesiącach, a ostatnia po pięciu latach i 10 miesiącach. W badaniach dotyczących plemników powracających na Ziemię po dziewięciu miesiącach naukowcy stwierdzili nieco więcej uszkodzeń DNA plemników, niż u zdrowych samców z grupy kontrolnej (pozostających na Ziemi), ale wskaźniki zapłodnienia i urodzeń były podobne.
Plemniki mogą przetrwać na orbicie nawet 200 lat
W nowym badaniu naukowcy zbadali resztę próbek nasienia. Użyli zaawansowanych technik, aby dowiedzieć się, ile promieniowania kosmicznego wchłonęły plemniki. Następnie zbadali stopień uszkodzenia DNA jąder plemników. Odkryli, że plemniki wchłaniają około 0,61 milisiwerta (mSv) na dzień. Dla porównania, limit NASA dla astronautów narażonych na promieniowanie na niskiej orbicie okołoziemskiej wynosi około 50 mSv/rok lub 0,14 mSv/dzień. Mimo to, naukowcy odkryli, że długotrwałe przechowywanie na pokładzie ISS nie uszkodziło znacząco DNA plemników.
Po nawodnieniu nasienia, wstrzyknięto je samicom myszy w zabiegu in vitro. Zapłodnione myszy urodziły osiem zdrowych młodych, które nie wykazywały różnic w ekspresji genów w porównaniu z grupą kontrolną spłodzoną z nasienia przechowywanego w ten sam sposób na Ziemi.
Naukowcy twierdzą, że chociaż istnieją pewne uszkodzenia DNA spowodowane promieniowaniem kosmicznym, to liofilizowane mysie plemniki mogą być przechowywane na ISS przez ponad 200 lat, zanim staną się niezdolne do zapłodnienia. Wyniki badań – choć optymistyczne – nie oznaczają jednak, że tak samo dobrze zachowane zostaną ludzkie plemniki lub komórki jajowe.
Autorzy badania podkreślają też, że ISS to najlepsze dostępne obecnie laboratorium kosmiczne, jednak wciąż pozostające w ochronnym polu magnetycznym Ziemi. W większej odległości od Ziemi promieniowanie kosmiczne jest o wiele silniejsze, co może oznaczać, że degeneracja DNA postępowałaby tam szybciej. Naukowcy mają nadzieję powtórzyć badania, tym razem wysyłając liofilizowane plemniki na Księżyc.
Źródło: Science Advances.