Исследователи отправят червей в космос для изучения мышечной массы и силы
Известно, что чем дольше люди находятся в космосе, тем больше времени требуется для восстановления мышечной силы на Земле. Главный вопрос — почему. Исследователь из Техасского технологического университета надеется найти ответ с помощью Caenorhabditis elegans.
C. elegans уже бывали в космосе, и благодаря Сиве Ванапалли скоро отправятся на Международную космическую станцию (МКС) для оценки их выносливости с точки зрения мышечной массы и силы.
Команда в составе Ванапалли (доцент и советник по аспирантуре на химико-инженерном факультете), Ежи Блавздзиевича (профессор машиностроительного факультета) и биолога по мышцам Натаниэля Шевчика из Ноттингемского университета получила грант NASA на $326 879 для исследования «Определение мышечной силы у Caenorhabditis elegans в космосе». Грант был одним из 16, присужденных NASA по программе исследований человека.
«Предыдущие работы доктора Шевчика показали, что экспрессия мышечных генов у C. elegans менялась во время пребывания в космосе. Однако никто не измерял, происходит ли изменение реальной силы червей. Наша гипотеза: учитывая изменения в экспрессии генов, мы также ожидаем изменений в силе в космосе», — сказал Ванапалли.
Несколько факторов делают C. elegans идеальным объектом для этого исследования:
- Продолжительность жизни — около трех недель, за это время червь откладывает около 300 яиц, что делает его быстрой экспериментальной моделью.
- Черви прозрачны, что позволяет наблюдать все их части.
- C. elegans стал первым животным, чей геном был секвенирован. У него около 18 000 генов (у человека — примерно 22 000). Многие гены нематод очень похожи на человеческие, включая гены, контролирующие рост мышц.
Команда не только подготовила червей для полета, но и разработала способ измерения их силы. Были созданы небольшие камеры на предметном стекле микроскопа с крошечными резиновыми столбиками внутри. Когда черви двигаются по камере, они толкают столбики. Сила червей определяется по тому, насколько смещаются столбики.
«Это похоже на использование закона Гука для пружины. Если вы знаете удлинение пружины, вы можете вычислить силу. Мы рассматриваем резиновые столбики как упругую пружину, и на основе отклонения, наблюдаемого под микроскопом, определяем приложенную силу», — пояснил Ванапалли.
На МКС астронавты поместят эти камеры с червями под оптический микроскоп, которым Ванапалли и его студенты будут управлять из лаборатории NASA в Кливленде. Они смогут наблюдать и фотографировать, как черви перемещаются среди столбиков, и измерять их отклонение. Затем те же наблюдения будут проведены на Земле для сравнения данных.
Первые шесть месяцев двухлетнего гранта займет «фаза определения полета»: проверка работы всех компонентов эксперимента, от резиновых столбиков до хранения червей. Черви будут заморожены для полета в космос, а затем возвращены к комнатной температуре на орбите.
Планируется, что фаза определения полета начнется в апреле, а к осени 2016 года все будет готово к отправке в космос. Черви проведут на МКС около девяти недель, что позволит изучить примерно шесть поколений. Поскольку размер молодых и старых червей различен, исследование также позволит измерить силу в разном возрасте.
Будущие эксперименты будут включать отключение определенных генов у червя с последующим тестированием этих мутантов, чтобы определить, какой ген лучше всего контролирует мышечную массу и силу. Это может помочь в будущем разработать препараты, синтезирующие белки, ведущие к росту или деградации мышц.
Исследование также имеет важные приложения на Земле, поскольку снижение мышечной силы ведет к травмам от падений, инвалидности и потере независимости у пожилых людей. Наблюдения за тем, как нематоды толкают столбики, также помогут понять, как нейроны контролируют мышечные сокращения, что может способствовать решению проблем нейромышечной дегенерации, например, при болезни Паркинсона.