Невесомость влияет на гены: взгляд плодовой мушки

На Земле вся биология подвержена гравитации. Некоторые системы, например, растения, нуждаются в ней для правильной ориентации. В её отсутствие страдает даже человеческий организм: у астронавтов плотность костей снижается на 1–2% в месяц, а не на 1–2% в год, как на Земле. Однако влияние гравитации на клеточные процессы изучено хуже.

Новое исследование, опубликованное в открытом журнале BMC Genomics, использовало диамагнитную левитацию для компенсации гравитации у плодовой мушки (Drosophila melanogaster). Учёные обнаружили, что это повлияло на экспрессию ряда генов, включая гены, участвующие в клеточной сигнализации, работе иммунной системы, реакции на стресс и изменение температуры (например, белки теплового шока).

Метод эксперимента

Специально сконструированный сверхпроводящий магнит непрерывно «левитировал» мух в течение 22 дней — от эмбриона до взрослой особи. Магнитное поле отталкивает воду в клетках мухи, и достаточно сильная сила может уравновесить гравитацию. При силе магнита в 11.5 Тесла (T) на определённом расстоянии над его центром чистое воздействие гравитации было нулевым (0g). На том же расстоянии ниже центра мухи испытывали удвоенную земную гравитацию (2g).

Результаты

Развитие от яйца до личинки, куколки и взрослой особи в магнитном поле немного замедлилось: мухам при 1g в магните потребовался на день больше, чтобы достичь зрелости, чем мухам вне его.

• Почти 500 генов оказались чувствительны к магнитному полю (их экспрессия повысилась или понизилась), и лишь 10% из них были общими для самцов и самок.
• Вычитая эффект 1g из профиля транскрипции генов при 0g и 2g, исследователи смогли изолировать влияние именно гравитации.
• Гипергравитация (2g) изменила экспрессию 44 генов.
• Невесомость (0g) затронула более 200 генов.

Выводы учёных

Доктор Эрранс (Центр биологических исследований, Мадрид) и доктор Хилл (руководитель установки магнитной левитации в Ноттингемском университете) пояснили: «И магнитное поле, и изменённая гравитация повлияли на регуляцию генов у мух. Это отразилось на их поведении и успешности размножения. Одно только магнитное поле снизило выход взрослых мух из кладки яиц на 60%. Однако совместное действие изменённой гравитации и магнита оказалось гораздо более выраженным, снизив жизнеспособность яиц до менее чем 5%».

Доктор Эрранс добавил: «Гены, наиболее подверженные влиянию изменений гравитации, отвечают за ключевые клеточные процессы, включая метаболизм, иммунную систему, защиту от грибков или бактерий, реакцию на тепло и клеточную сигнализацию».

Эта работа показывает, что влияние невесомости на клеточные процессы и биологические системы во время длительных космических полётов (например, к Марсу) нельзя недооценивать.