Le reazioni di fusione nucleare nel sole sono la fonte di calore e luce che riceviamo sulla Terra. Queste reazioni rilasciano un'enorme quantità di radiazioni cosmiche, inclusi raggi X e raggi gamma, e particelle cariche che possono essere dannose per qualsiasi organismo vivente.

La vita sulla Terra è stata protetta grazie a un campo magnetico che costringe le particelle cariche a rimbalzare da un polo all'altro, nonché a un'atmosfera che filtra le radiazioni nocive.

Durante i viaggi nello spazio, invece, è una situazione diversa. Per scoprire cosa succede in una cellula quando si viaggia nello spazio, gli scienziati stanno inviando lievito di birra sulla luna come parte della missione Artemis 1 della NASA.

Danno cosmico

Le radiazioni cosmiche possono danneggiare il DNA cellulare, aumentando significativamente il rischio umano di malattie neurodegenerative e malattie mortali, come il cancro. Poiché la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si trova in una delle due cinture di radiazioni Van Allen della Terra, che forniscono una zona sicura, gli astronauti non sono troppo esposti. Gli astronauti nella ISS sperimentano la microgravità, tuttavia, che è un altro stress che può cambiare drasticamente la fisiologia cellulare.

Poiché la NASA sta pianificando di inviare astronauti sulla luna e successivamente su Marte, questi stress ambientali diventano più impegnativi.

Storia grafica della scienza e dell'ingegneria dietro gli ultimi passaggi di integrazione e consegna del #DSRG prima del lancio su #SLS @NASASpaceSci @NASA_SLS

L'unità a sinistra andrà in orbita lunare mentre quella a destra è il backup, nel caso in cui inciampo tenendolo pic.twitter.com/QavR1OpzyW

— Luis Zea (@SpaceLuisZea) 14 agosto 2022

La strategia più comune per proteggere gli astronauti dagli effetti negativi dei raggi cosmici è proteggerli fisicamente utilizzando materiali all'avanguardia.

Lezioni dal letargo

Diversi studi mostrano che gli ibernatori sono più resistenti alle alte dosi di radiazioni e alcuni studiosi hanno suggerito l'uso del "torpore sintetico o indotto" durante le missioni spaziali per proteggere gli astronauti.

Un altro modo per proteggere la vita dai raggi cosmici è studiare gli estremofili, organismi che possono tollerare notevolmente gli stress ambientali. I tardigradi, ad esempio, sono microanimali che hanno mostrato una sorprendente resistenza a numerosi stress, comprese le radiazioni nocive. Questa insolita robustezza deriva da una classe di proteine ​​note come "proteine ​​​​tardigrade-specifiche".

Sotto la supervisione del biologo molecolare Corey Nislow, utilizzo il lievito di birra, Saccharomyces cerevisiae , per studiare lo stress da danno cosmico al DNA. Stiamo partecipando alla missione Artemis 1 della NASA, dove la nostra collezione di cellule di lievito viaggerà sulla luna e ritornerà nella navicella spaziale Orion per 42 giorni.

Questa raccolta contiene circa 6.000 ceppi di lievito con codice a barre, in cui in ogni ceppo viene eliminato un gene. Se esposti all'ambiente nello spazio, quei ceppi inizierebbero a ritardare se l'eliminazione di un gene specifico influenza la crescita e la replicazione cellulare.

My primary project at Nislow lab is genetically engineering yeast cells to make them express tardigrade-specific proteins. We can then study how those proteins can alter the physiology of cells and their resistance to environmental stresses—most importantly radiation—with the hope that such information would come in handy when scientists try to engineer mammals with these proteins.

When the mission is completed and we receive our samples back, using the barcodes, the number of each strain could be counted to identify genes and gene pathways essential for surviving damage induced by cosmic radiation.

A model organism

Yeast has long served as a "model organism" in DNA damage studies, which means there is solid background knowledge about the mechanisms in yeast that respond to DNA-damaging agents. Most of the yeast genes playing roles in DNA damage response have been well studied.

Despite the differences in genetic complexity between yeast and humans, the function of most genes involved in DNA replication and DNA damage response have remained so conserved between the two that we can obtain a great deal of information about human cells' DNA damage response by studying yeast.

Furthermore, the simplicity of yeast cells compared to human cells (yeast has 6,000 genes while we have more than 20,000 genes) allows us to draw more solid conclusions.

And in yeast studies, it is possible to automate the whole process of feeding the cells and stopping their growth in an electronic apparatus the size of a shoe box, whereas culturing mammalian cells requires more room in the spacecraft and far more complex machinery.

Such studies are essential to understand how astronauts' bodies can cope with long-term space missions, and to develop effective countermeasures. Once we identify the genes playing key roles in surviving cosmic radiation and microgravity, we'd be able to look for drugs or treatments that could help boost the cells' durability to withstand such stresses.

We could then test them in other models (such as mice) before actually applying them to astronauts. This knowledge might also be potentially useful for growing plants beyond Earth. + Esplora ulteriormente

Scientist sending yeast and algae to space on Artemis 1

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.