Ein internationales Wissenschaftlerteam untersuchte Fische, die die ISS besucht haben, und entdeckte die zellulären Mechanismen, die den Knochenverlust in der Schwerelosigkeit steuern. Es stellt sich heraus, dass die Schwerelosigkeit die Art und Weise verändert, wie Gene für die Entwicklung von Knochenzellen verantwortlich sind.
Tatsächlich erkranken nicht nur Fischskelette an Mikrogravitation. Der Verlust von Knochengewebe ist eines der schwerwiegendsten Probleme, mit denen Astronauten während und nach ihren Schichten auf der ISS konfrontiert sind. Die Manifestationen des Verlusts ähneln der senilen Osteoporose, obwohl Astronauten lange vor dem Alter darauf stoßen - Knochen werden zerbrechlicher und brüchiger und verlieren Kalzium. Änderungen auf zellularer Ebene sind unmittelbar nach dem Fliegen in einem Tauchflugzeug erkennbar.
Der zelluläre Mechanismus des Knochenverlustes ist bisher unklar geblieben. Es ist bekannt, dass sich die Schwerelosigkeit in einem lebenden Organismus stark verändert - zum Beispiel verliert das Herz allmählich seine Fähigkeit, mit einer starken Druckänderung zu beschleunigen. Aus diesem Grund fallen die Astronauten, die zur Erde zurückgekehrt sind, durch plötzliche Bewegungen in Ohnmacht. Veränderungen treten auch auf der Ebene der Genexpression auf und wurden während der Sammlung von Biomaterialien von Astronauten beobachtet.
Container mit Quallenlaborfischen erreichen die ISS
Um herauszufinden, was genau in Knochen- und Knorpelzellen in Schwerelosigkeit passiert, beschlossen die Wissenschaftler, japanische Aquarienfische Medaka (Oryzias latipes) an die ISS zu senden, deren zelluläre Mechanismen für die Entwicklung von Knochen und Knorpel denen von Säugetieren sehr ähnlich sind. Im Jahr 2014 flogen gentechnisch veränderte Fische an Bord der Raumstation, in deren Körpern sich die erhöhte Aktivität bestimmter Gene als strahlendes Leuchten zeigte.
Es stellte sich heraus, dass bereits am ersten Tag in der Schwerelosigkeit 105 Gene in Fischen hart zu arbeiten begannen und weitere 49 im Weltraum viel weniger aktiv waren als in den Körpern von Fischen der Kontrollgruppe auf der Erde. Von diesen Genen sind 5 mit der Entwicklung von Skelettzellen verbunden: Zwei regulieren das Wachstum von Osteoblasten (jungen Knochenzellen) und drei - Osteoklasten - Riesenzellen, die an der Auflösung des vorhandenen Knochengewebes beteiligt sind. Alle diese Gene regulieren die Produktion von Transkriptionsfaktoren, die an der Entwicklung von Osteoblasten und Osteoklasten beteiligt sind.
Medaka Fisch
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Unter normalen Bedingungen treten diese Gene zu unterschiedlichen Zeiten in Betrieb, aber die Schwerelosigkeit hat ihre Zeitpläne verschoben und zu ernsthaften Veränderungen in der Struktur des Knochengewebes geführt. Wissenschaftler müssen noch genau erklären, wie dies bei Laborfischen und beim Menschen geschieht.
Noch wichtiger sind die allgemeinen Schlussfolgerungen der Autoren der Studie: Änderungen der Genaktivität am ersten Tag einer Änderung der Schwerkraft lassen darauf schließen, dass die Zelle über einen vorgefertigten Abwehrmechanismus gegen Schwerkraftsprünge verfügt, der sich fast sofort einschaltet. Dieser Mechanismus verändert die gesamte Chromatinstruktur erheblich - die Substanz des Zellkerns, die aus DNA, RNA und Proteinen besteht, die für ihre Arbeit erforderlich sind, und stimmt den Kern entsprechend der Änderung der Schwerkraft ab.
Die Forschungsergebnisse werden in wissenschaftlichen Berichten veröffentlicht.