Czemu służy eksperyment?

Lot na Międzynarodową Stację Kosmiczną i przebywanie na niej to stresujące wydarzenie. Ludzkie ciało stara się wtedy dostosować do zmniejszonego przyciągania ziemskiego i innych czynników, które mogą nam zaszkodzić w kosmosie. Ważną rolę w zwalczaniu różnych zagrożeń odgrywa nasz układ odpornościowy, który stara się nas chronić, np. przed bakteriami i wirusami. Chcemy zbadać, czy działanie układu odpornościowego astronautów zmienia się w czasie pobytu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Jeśli tak, to czy po powrocie z misji na Ziemię wszystko wraca do normy? Mamy nadzieję, że to, czego się dowiemy, pozwoli lepiej zadbać o zdrowie astronautów w czasie kolejnych misji kosmicznych, np. lotu na Księżyc albo Marsa.

Co zainspirowało naukowców?

Inspiracją do zaprojektowania eksperymentu były publikacje opisujące wyniki badań astronautów przebywających na niskiej orbicie okołoziemskiej przez dłuższy czas (od pół roku do roku). U tych astronautów stwierdzono zmiany w ekspresji genów w komórkach układu odpornościowego, co może świadczyć o zmienionym funkcjonowaniu tych komórek w warunkach mikrograwitacji. Niektóre z zaobserwowanych zmian utrzymywały się przez długi czas po powrocie z misji kosmicznej. My zadaliśmy sobie pytanie, czy krótki pobyt w warunkach mikrograwitacji (planowany czas trwania misji to dwa tygodnie) może, podobnie jak dłuższy pobyt na stacji kosmicznej, wpływać na komórki układu odpornościowego? Liczymy na to, że eksperyment pomoże w lepszym zrozumieniu lub nawet pozwoli odkryć nowe mechanizmy odpowiedzialne za zmiany ekspresji genów w komórkach układu odpornościowego w warunkach mikrograwitacji. Znajomość tych mechanizmów może w przyszłości pozwolić na skuteczniejsze zadbanie o zdrowie astronautów.

Jakie metody badawcze zostaną zastosowane?

Aby odpowiedzieć na pytanie o wpływ krótkiego pobytu na stacji kosmicznej na komórki układu odpornościowego, planujemy zbadać ekspresję genów w komórkach z krwi astronautów. Zmiana ekspresji genów sygnalizuje potencjalne zmiany w funkcjonowaniu komórek układu odpornościowego. Dodatkowo planujemy wykonać analizy metylacji DNA w badanych komórkach. Metylacja DNA (jeden z typów zmian epigenetycznych) nie wpływa bezpośrednio na sekwencję DNA, ale powoduje długotrwałe zmiany w ekspresji genów. W Centrum Inżynierii Biomedycznej, będącym częścią Instytutu Optoelektroniki WAT, zostanie wykonana izolacja materiału genetycznego z komórek krwi astronautów, a następnie pomiar względnej ekspresji genów oraz analiza zmian epigenetycznych (metylacji DNA) za pomocą metod wielkoskalowych, takich jak mikromacierze.

Co jest innowacją w eksperymencie?

Do tej pory wyniki badań korelacji ekspresji genów i metylacji DNA opublikowano tylko dla jednego astronauty. Nasz eksperyment zakłada wykonanie podobnej analizy i sprawdzenie, czy zaobserwowane zmiany molekularne cofają się po powrocie na Ziemię, czy też utrzymują przez dłuższy czas. Ze względu na to, że dotychczas przebadano niewielką grupę astronautów przebywających na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pod kątem zmian molekularnych występujących w komórkach układu odpornościowego, planowany eksperyment będzie ważnym uzupełnieniem dokonań nauki światowej.

Jakie doświadczenia i unikalne kompetencje pozwolą na realizację badań?

Centrum Inżynierii Biomedycznej posiada nowocześnie wyposażoną Pracownię Biologii Molekularnej umożliwiającą badanie ekspresji genów oraz sekwencjonowanie materiału genetycznego pochodzącego z komórek eukariotycznych (m.in. ludzkich) lub bakterii. Szeroki potencjał badawczy Pracowni pozwala również na śledzenie zmian zachodzących na poziomie komórkowym pod wpływem czynników fizycznych i chemicznych. W Pracowni możliwe są też badania z wykorzystaniem hybrydyzacji in situ czy amplifikacji DNA w czasie rzeczywistym. Ponadto Centrum posiada doświadczenie w badaniach naukowych wykorzystujących udział ludzi i wymagających zgody komisji bioetycznej.

Kogo mogą zainteresować wyniki eksperymentu IMMUNE MULTIOMICS?

Obszar naukowy, który obejmuje nasz eksperyment, to funkcjonowanie ludzkiego ciała w warunkach pozaziemskich. Uważamy, że ten temat ma duży potencjał edukacyjny i może wzbudzić znaczące zainteresowanie zarówno wśród dzieci, młodzieży szkolnej oraz studentów, jak i ogółu społeczeństwa.

Rozmawiała: Karolina Duszczyk, sekcja rzecznika prasowego WAT

* * *

Wojskowa Akademia Techniczna zawarła kontrakty z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) na przeprowadzenie dwóch eksperymentów w ramach Polskiej Misji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Od października 2023 r. oba eksperymenty poddawane były intensywnemu procesowi, w trakcie którego ESA we współpracy z Ministerstwem Rozwoju i Technologii oraz Polską Agencją Kosmiczną, dokonała oceny ich wykonalności oraz bezpieczeństwa. Podpisanie kontraktów zwieńcza długi proces definiowania wszystkich kroków operacyjnych. Obok projektu IMMUNE MULTIOMICS do realizacji został zakwalifikowany również projekt HUMAN GUT MICROBIOTA, którego kierowniczką jest prof. dr hab. Elżbieta Trafny. W drugim projekcie zbadane zostaną drobnoustroje żyjące w przewodzie pokarmowym człowieka w trudnych warunkach środowiska, a wyniki posłużą kreowaniu przyszłych strategii żywieniowych astronautów. Niebawem na naszym portalu ukaże się oddzielny artykuł na ten temat.