قد تساعد دراسة الحمض النووي للخميرة في الفضاء في حماية رواد الفضاء من الإشعاع الكوني

تفاعلات الاندماج النووي في الشمس هي مصدر الحرارة والضوء التي نتلقاها على الأرض. تطلق هذه التفاعلات كمية هائلة من الإشعاع الكوني – بما في ذلك الأشعة السينية وأشعة جاما – والجسيمات المشحونة التي يمكن أن تكون ضارة لأي كائن حي.

تمت حماية الحياة على الأرض بفضل المجال المغناطيسي الذي يجبر الجسيمات المشحونة على الارتداد من قطب إلى آخر بالإضافة إلى الغلاف الجوي الذي يقوم بتصفية الإشعاع الضار.

لكن أثناء السفر إلى الفضاء ، يكون الوضع مختلفًا. لمعرفة ما يحدث في الخلية عند السفر في الفضاء الخارجي ، يرسل العلماء خميرة الخباز إلى القمر كجزء من مهمة Artemis 1 التابعة لناسا.

اقرأ المزيد: Artemis 1: كيف ستمهد مهمة القمر 2022 هذه الطريق لعودة الإنسان إلى القمر

الضرر الكوني

يمكن للإشعاع الكوني أن يدمر الحمض النووي للخلايا ، مما يزيد بشكل كبير من خطر إصابة الإنسان بالاضطرابات التنكسية العصبية والأمراض القاتلة ، مثل السرطان. نظرًا لأن محطة الفضاء الدولية (ISS) تقع في واحد من اثنين من أحزمة Van Allen الإشعاعية للأرض – والتي توفر منطقة آمنة – فإن رواد الفضاء لا يتعرضون كثيرًا. يعاني رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية من الجاذبية الصغرى ، وهو ضغط آخر يمكن أن يغير فسيولوجيا الخلية بشكل كبير.

نظرًا لأن وكالة ناسا تخطط لإرسال رواد فضاء إلى القمر ، وبعد ذلك إلى المريخ ، فإن هذه الضغوط البيئية تصبح أكثر صعوبة.

اقرأ المزيد: التوائم في الفضاء: كيف يؤثر السفر عبر الفضاء على التعبير الجيني

تتمثل الإستراتيجية الأكثر شيوعًا لحماية رواد الفضاء من الآثار السلبية للأشعة الكونية في حمايتهم جسديًا باستخدام أحدث المواد.

دروس من السبات

تظهر العديد من الدراسات أن أجهزة السبات أكثر مقاومة لجرعات عالية من الإشعاع ، وقد اقترح بعض العلماء استخدام “السبات الاصطناعي أو المستحث” أثناء الرحلات الفضائية لحماية رواد الفضاء.

هناك طريقة أخرى لحماية الحياة من الأشعة الكونية وهي دراسة الكائنات الحية التي يمكنها تحمل الضغوط البيئية بشكل ملحوظ. بطيئات المشية ، على سبيل المثال ، حيوانات دقيقة أظهرت مقاومة مذهلة لعدد من الضغوط ، بما في ذلك الإشعاع الضار. تنبع هذه الصلابة غير العادية من فئة من البروتينات تعرف باسم “البروتينات الخاصة بطيئات المشية”.

تحت إشراف عالم الأحياء الجزيئية كوري نيسلو ، أستخدم خميرة الخباز ، خميرة الخميرة، لدراسة الإجهاد تلف الحمض النووي الكوني. نحن نشارك في مهمة Artemis 1 التابعة لناسا ، حيث ستسافر مجموعتنا من خلايا الخميرة إلى القمر والعودة إلى مركبة Orion الفضائية لمدة 42 يومًا.

تحتوي هذه المجموعة على حوالي 6000 سلالة مشفرة من الخميرة ، حيث يتم حذف جين واحد في كل سلالة. عند تعرضها للبيئة في الفضاء ، ستبدأ هذه السلالات في التأخر إذا كان حذف جين معين يؤثر على نمو الخلية وتكاثرها.

مشروعي الأساسي في مختبر Nislow هو هندسة خلايا الخميرة وراثيًا لجعلها تعبر عن بروتينات خاصة بطيئات المشية. يمكننا بعد ذلك دراسة كيف يمكن لهذه البروتينات أن تغير فسيولوجيا الخلايا ومقاومتها للضغوط البيئية – والأهم من الإشعاع – على أمل أن تكون هذه المعلومات مفيدة عندما يحاول العلماء هندسة الثدييات بهذه البروتينات.

عند اكتمال المهمة واستعادة عيناتنا ، باستخدام الرموز الشريطية ، يمكن حساب عدد كل سلالة لتحديد الجينات والمسارات الجينية الضرورية للبقاء على قيد الحياة للضرر الناجم عن الإشعاع الكوني.

كائن نموذجي

لطالما خدمت الخميرة كـ “كائن حي نموذجي” في دراسات تلف الحمض النووي ، مما يعني أن هناك معرفة أساسية قوية حول الآليات الموجودة في الخميرة التي تستجيب للعوامل المدمرة للحمض النووي. تمت دراسة معظم جينات الخميرة التي تلعب دورًا في الاستجابة لتلف الحمض النووي.

على الرغم من الاختلافات في التعقيد الجيني بين الخميرة والبشر ، ظلت وظيفة معظم الجينات المشاركة في تكرار الحمض النووي واستجابة تلف الحمض النووي محفوظة بين الاثنين بحيث يمكننا الحصول على قدر كبير من المعلومات حول استجابة تلف الحمض النووي للخلايا البشرية من خلال دراسة الخميرة .

علاوة على ذلك ، فإن بساطة خلايا الخميرة مقارنة بالخلايا البشرية (تحتوي الخميرة على 6000 جين بينما لدينا أكثر من 20000 جين) تتيح لنا استخلاص استنتاجات أكثر صلابة.

وفي دراسات الخميرة ، من الممكن أتمتة العملية الكاملة لتغذية الخلايا وإيقاف نموها في جهاز إلكتروني بحجم صندوق الأحذية ، بينما تتطلب زراعة خلايا الثدييات مساحة أكبر في المركبة الفضائية وآلات أكثر تعقيدًا.

مثل هذه الدراسات ضرورية لفهم كيف يمكن لأجسام رواد الفضاء التعامل مع مهمات الفضاء طويلة المدى ، ولتطوير تدابير مضادة فعالة. بمجرد تحديد الجينات التي تلعب أدوارًا رئيسية في النجاة من الإشعاع الكوني والجاذبية الصغرى ، سنكون قادرين على البحث عن الأدوية أو العلاجات التي يمكن أن تساعد في تعزيز متانة الخلايا لتحمل مثل هذه الضغوط.

يمكننا بعد ذلك اختبارها في نماذج أخرى (مثل الفئران) قبل تطبيقها فعليًا على رواد الفضاء. قد تكون هذه المعرفة مفيدة أيضًا في زراعة النباتات خارج الأرض.