Polscy naukowcy wyślą w kosmos komórki drożdży z genem od niesporczaka. Czy powstanie superorganizm?

Spis treści:

1. Drożdżo-niesporczak
2. Uniwersytecki triumwirat
3. Grawitacja wyznacza kierunek
4. Na Księżyc i dalej

– Wysyłamy w kosmos komórki zmodyfikowanych genetycznie drożdży piwowarskich. Zmodyfikowanych w wyniku dodania genu niesporczaka. Gen ten, kodujący bardzo ciekawe białko mitochondrialne nazywane AOX, został wprowadzony metodą CRISPR-CAS9. Biało AOX zwiększa odporność na warunki stresowe, także u niesporczaków. Wiemy na przykład, ze jest im potrzebne w przetrwaniu przy braku wody. A my chcemy sprawdzić, czy wzmocnione genem niesporczaka komórki drożdży będą lepiej znosiły warunki panujące na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. A co za tym idzie – czy będą mogły być w przyszłości pomocne w produkcji jedzenia i paliwa – mówi profesor Łukasz Kaczmarek z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, jeden z współautorów eksperymentu.

Eksperyment został zaproponowany przez badaczy z trzech polskich ośrodków uniwersyteckich: Uniwersytetu Szczecińskiego, Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu i Uniwersytetu Śląskiego. Jest jednym z 13 eksperymentów wybranych do zrealizowania w ramach polskiej misji naukowo-technologicznej na ISS – Ignis. Start misji odbędzie się w pierwszej połowie tego roku.

Drożdżo-niesporczak

Dlaczego naukowcy zdecydowali się zmodyfikować komórki drożdży genem niesporczaków? Niesporczaki to mikroskopijne, odporne na ekstremalne warunki środowiskowe organizmy, należący do bezkręgowców. Znane są m.in. ze zdolności przetrwania w próżni kosmicznej. Jak przekonują naukowcy – tę odporność na różne, ekstremalne warunki środowiskowe, zawdzięczają w dużej mierze syntetyzowanym białkom, które zaangażowane są w odpowiedź na warunki stresu.

– W naszym eksperymencie badamy białko AOX. Wiemy, że u niesporczaków to białko jest istotne w procesie anhydrobiozy. Tym słowem w żargonie naukowym określamy zdolność niesporczaków do przetrwania w stanie całkowitego odwodnienia. Czy drożdże wzbogacone niektórymi białkami niesporczaków będą też odporniejsze na warunki panujące w kosmosie? Czy będą produkować dla nas dużo żywności i paliwa tam, gdzie tych zasobów nie ma? – zastanawiają się naukowcy.

Dlaczego w eksperymencie użyto właśnie drożdży? Ponieważ komórki drożdży są w biologii traktowane jako najprostszy model komórki eukariotycznej, również w badaniach dotyczących komórek człowieka. Z drugiej strony, drożdże mają znaczenie gospodarcze. Na bazie ulepszonych szczepów drożdży mogą rozwinąć się różne nowe gałęzie przemysłu.

Uniwersytecki triumwirat

Badaniami kieruje prof. dr hab. Ewa Szuszkiewicz z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego. Na tej samej uczelni pracuje dr hab. Franco Ferrari. Do grupy poznańskiej należą:

• dr hab. Hanna Kmita – profesor w Zakładzie Bioenergetyki,
• dr hab. Nina Antos-Krzemińska – profesor uczelni w Zakładzie Bioenergetyki,
• dr hab. Łukasz Kaczmarek – profesor uczelni w Zakładzie Taksonomii i Ekologii Zwierząt,
• dr hab. Andonis Karachitos – adiunkt w Zakładzie Bioenergetyki.

Natomiast dr hab. Izabela Poprawa jest profesorką Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Drożdżo-niesporczaki będą przez dwa tygodnie misji Ignis przebywały w warunkach mikrograwitacji i podwyższonego promieniowania kosmicznego. Sam eksperyment nie będzie wiele wymagał od polskiego astronauty. Tak naprawdę wystarczy, że będzie doglądał próbek, a później wróci z nimi na Ziemię i przekaże do analizy badaczom z UAM i Uniwersytetu Śląskiego. Ci, używając do tego różnych metod pozwalających na badanie różnych aspektów funkcjonowania komórek, sprawdzą, jak warunki mikrograwitacji wpłynęły na komórki drożdży.

Grawitacja wyznacza kierunek

Czy grawitacja, a raczej jej brak, ma istotne znaczenie dla rozwoju organizmów? – Wszystkie organizmy rejestrują swoją pozycję w przestrzeni. Przykładowo, korzenie roślin rosną w dół. Gdy przeniesiemy te same rośliny w warunki mikrograwitacji, ich komórki nie otrzymują jednoznacznego sygnału wyznaczającego kierunek, w którym mają się rozwijać. Te komórki nie wiedzą, w którą stronę rozbudowywać organy – tłumaczy profesor Kaczmarek

– Przy organizmach jednokomórkowych teoretycznie nie powinny istnieć tego typu problemy, ale okazało się, że organelle komórkowe zmieniają swoje zachowanie bez czynnika grawitacyjnego. W wielkim skrócie możemy przyjąć, że każdy organizm najlepiej rozwija się w środowisku, w którym wyewoluował. Ale jeśli chcemy zbudować samowystarczalne bazy na Księżycu, a później na Marsie, musimy znaleźć metodę pomagającą organizmom w rozwoju mimo niesprzyjających warunków – dodaje uczony.

Na Księżyc i dalej

Eksperyment na ISS jest dopiero początkiem badań. – Naszym długoterminowym celem jest przyczynienie się do bezpiecznego postawienia stopy na Marsie przez pierwszych ludzi i pomyślny powrót na Ziemię całej załogi – twierdzą badacze. I dodają, że jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim to będzie możliwe.

Następnym krokiem będzie przeprowadzenie podobnych eksperymentów w otwartej przestrzeni kosmicznej, poza niską orbitą okołoziemską na której znajduje się ISS. Planowana jest budowa stacji kosmicznej Gateway, która będzie umieszczona na orbicie wokół Księżyca. Tam pole magnetyczne Ziemi nie ochroni już próbek przed dużymi dawkami promieniowania jonizującego. To pozwoli zbadać funkcje ochronne wielu organizmów.

– Aby tego dokonać, musimy wykorzystać nowe technologie, które pozwolą prowadzić hodowle wybranych organizmów bez ingerencji astronautów. Prace nad tymi pomysłami już trwają – podkreślają naukowcy.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.