Dodano: 09 wrzesień 2020r.

Genetycznie zmodyfikowane myszy zachowały masę mięśniową po pobycie w przestrzeni kosmicznej

Brak grawitacji może powodować liczne działania niepożądane w organizmach mieszkańców Ziemi. Ciało pozbawione ziemskiego przyciągania traci masę mięśniową, a kości stają się coraz mniej gęste. Astronautom przebywającym na orbicie nie pomagają nawet dwie godziny ćwiczeń dziennie. Po sześciu miesiącach w przestrzeni powrót mięśni do normalnego stanu może trwać miesiącami. Z kośćmi jest jeszcze gorzej, ich regeneracja może zająć nawet kilka lat. Pomóc w rozwiązaniu problemu mogą nowe badania na genetycznie zmodyfikowanych myszach.

Genetycznie zmodyfikowane myszy zachowały masę mięśniową po pobycie w przestrzeni kosmicznej

 

Wpływ braku grawitacji na ciała astronautów podczas dłuższych misji, na przykład trzyletniej podróży w obie strony na Marsa, może budzić niepokój. Nowe badania nad genetycznie zmodyfikowanymi myszami mogą jednak przybliżyć nas do rozwiązania problemu .

„Supermyszy”

„Supermyszy”, bo tak uczeni nazwali zmodyfikowane genetycznie gryzonie („Mighty Mice”) spędziły 33 dni na pokładzie Międzynarodowej Stacji kosmicznej (ISS). W tym czasie straciły znacznie mniej masy mięśniowej, a ich kości były w znacznie lepszym stanie, niż u myszy z grupy kontrolnej, które nie były poddane modyfikacjom.

"Odkrycie to ma wpływ na strategie terapeutyczne w przypadku zaniku mięśni i kości u ludzi dotkniętych chorobą na Ziemi, a także u astronautów w kosmosie, zwłaszcza podczas długotrwałych misji” - napisali naukowcy w artykule opublikowanym na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Badacze skupili się na białku nazywanym miostatyną, które odgrywa istotną rolę w regulacji wzrostu mięśni. Mutacje w genie odpowiedzialnym za produkcję miostatyny mogą powodować przerost mięśni, nazywany „podwójnym umięśnieniem”. Mutacja jest wykorzystywana przez hodowców do uzyskania nowych ras krów, świń i psów. Wśród ludzi również zdarzają się osoby z podobną mutacją, są one wtedy nienaturalnie umięśnione już we wczesnych latach życia.

Miostatyna

Aby stworzyć „supermyszy” genetyk Se-Jin Lee z Jackson Laboratory i endokrynolog Emily Germain-Lee z Uniwersytetu Connecticut zmodyfikowali gen odpowiedzialny za produkcję miostatyny u myszy. We wcześniejszych badaniach potwierdzono, że zwiększa on masę i siłę mięśni szkieletowych oraz hamuje przyrost tkanki tłuszczowej u myszy.

Ale Lee i Germain-Lee chcieli zobaczyć, co stanie się ze zmodyfikowanymi myszami w przestrzeni kosmicznej. W grudniu ubiegłego roku wysłali więc na ISS 40 samic myszy. Podzielono je na pięć grup po osiem osobników każda. Trzy z nich odgrywały role grup kontrolnych – osobników tych grup nie modyfikowano genetycznie.

Czwartej grupie myszy wstrzyknięto białko nazywane ACVR2B/Fc, które hamuje działanie miostatyny a co za tym idzie, może powodować szybszy wzrost mięśni. Piątą grupę stanowiły genetycznie zmodyfikowane myszy „supermyszy”.

W tym samym czasie, gdy myszy przebywały na ISS, identyczne grupy gryzoni były hodowane także na Ziemi. Jedyną różnicą między hodowlami gryzoni w kosmosie i na Ziemi był brak grawitacji w tej pierwszej hodowli.

Pobyt w kosmosie

Wyniki badań potwierdziły przypuszczenia naukowców. Myszy z grup kontrolnych po 33 dniach w kosmosie straciły od 8 do 18 proc. masy mięśniowej i od 8 do 11 proc. gęstości mineralnej kości.

U „supermyszy” początkowa masa mięśniowa była w przybliżeniu dwukrotnie większa niż u myszy z grupy kontrolnej. Jak się okazało po ponad miesiącu w kosmosie, genetycznie zmodyfikowane gryzonie nie straciły w ogóle znaczącej części masy mięśniowej. „Dane te pokazują, że mięśnie wzmocnione przez utratę miostatyny są w dużej mierze (jeśli nie w całości) utrzymywane po ekspozycji na brak grawitacji" - napisali naukowcy w swoim artykule.

„Supermyszy” ze specjalnym białkiem

Wyniki stają się jeszcze bardziej interesujące w przypadku myszy, którym podano białko ACVR2B/Fc. W ciągu 22 dni na pokładzie ISS masa mięśniowa tych myszy wzrosła o 27 procent, a poziom tłuszczu w ich organizmach spadł. W tym samym czasie masa mięśniowa w grupie kontrolnej myszy na ziemi wzrosła tylko o 18 procent.

Gęstość mineralna kości u myszy którym podano ACVR2B/Fc na pokładzie ISS również wzrosła, choć w nieco mniejszym stopniu, niż u myszy z grupy kontrolnej. Po powrocie na Ziemię myszy z ACVR2B/Fc szybciej odzyskały też pełną sprawność.

"W związku z tym blokada miostatyny za pomocą ACVR2B/Fc może radykalnie zwiększyć masę kostną nawet przy braku grawitacji, a ponadto może chronić przed zmniejszeniem gęstości mineralnej kości” - napisali naukowcy.

Naukowcy są jednak jeszcze daleko od rozpoczęcia prób na ludziach. Wcześniejsze badania pokazują, że ingerencja w wytwarzanie miostatyny może być niebezpieczna. Ścięgna modyfikowanych myszy miały tendencję do bycia kruchymi i słabymi. Także ogólna wytrzymałość gryzoni była obniżona.

Badania z udziałem „supermyszy” w kosmosie dowodzą, że istnieje potencjalna ścieżka łagodzenia negatywnych skutków długotrwałych podróży kosmicznych. Badania mogą pomóc też w opracowaniu nowych metod leczenia takich chorób, jak osteoporoza, stopniowa degradacja tkanki kostnej i zanik mięśni rdzenia kręgowego.

 

Źródło: Science Alert, fot. Se-Jin Lee/PLOS One. Na zdjęciu po lewej normalna mysz z grupy kontrolnej, po prawej zmodyfikowana genetycznie "supermysz"