Eng

ДНК в космосе

ДНК – основа жизни, ее память и база данных. Еще со школьной скамьи известно, что даже малые изменения в этой молекуле могут провести к серьезным последствиям, мутациям, заболеваниям. Фильмы же рассказывают, что ДНК в космосе меняется, да так, что легко стать супергероем (или суперзлодеем).

Что же не самом деле происходит с ДНК в космосе, читаем в нашем блоге. Сегодня с вами ведущий экскурсовод центра «Космонавтика и авиация» Александр Яровитчук.

Разочарую сразу, если вы родились на Земле, то, полетев в космос, новых суперспособностей вы не приобретете. Однако мутаций, изменений в организме и здоровье вам избежать не удастся. Другое дело, если вы родитесь в космосе. Но обо всем по порядку.

Первая проблема – радиация. Ионизирующее излучение в космосе в разы сильнее, чем на Земле.

Экран в павильоне «Космос», на котором в реальном времени демонстрируется уровень космической радиации.

Оно легко проходит сквозь корпус станции и может разрушить или повредить ДНК. При этом радиация буквально «выбивает» атомы из молекулы.

Вторая проблема для ДНК в космосе – это невесомость. Сама по себе она состав молекулы не меняет. Однако в условиях микрогравитации химические реакции между ДНК, РНК и белками могут идти по-другому. Молекула ДНК – это скрученная в клубок двойная спираль.

Изображение двойной спирали ДНК в космическом послании Аресибо.

Чтобы скопировать ДНК при делении клеток, нужно расплести, раскрутить и разделить спирали. Так получаются две последовательные цепочки. Для каждой из них нужно синтезировать недостающие половинки. После завершения копирования уже две молекулы нужно снова закрутить в двойную спираль.   Естественно, в невесомости все эти процессы будут идти иначе, и замечено, что мутаций, «ошибок» копирования ДНК без силы тяжести больше, чем с ней. Правда, где и в какой момент конкретно возникают сбои – пока открытый вопрос.

Также серьезным фактором является изменение водно-солевого баланса в невесомости. Жидкости в теле человека становятся распределёнными более равномерно. Соли, минералы, кислород и другие вещества попадают в большем количестве туда, куда не должны. И, наоборот, некоторым клеткам недостаточно нужных «строительных материалов». Это приводит к появлению гормонов и ферментов, которые оказывают непосредственное влияние на химические реакции с ДНК, что приводит к мутациям.

Макет-демонстратор для изучения распределения жидкости в организме.

В итоге получается, что полет в космос оказывает очень сильное влияние на ДНК, повышая риск мутации. Но как это сказывается на космонавтах?

Если ДНК повреждается не сильно, активируется процесс под названием «репарация». Химические соединения в клетке восстанавливают повреждённый участок. Элементы ДНК – нуклеотиды – всегда ходят парами, и если пропал только один элемент из пары, то легко находится правильная замена. Другие, «неправильные» нуклеотиды не смогут присоединится. После восстановления ДНК будет в норме, как ни в чем не бывало.

Если повреждения ДНК значительны, и появляется мутация, то возможны три варианта развития событий. Чаще всего клетка с повреждённой молекулой просто погибает. Она из-за фатальных вредных мутаций просто перестает делиться.

Второй вариант: клетка продолжает делиться, но перестает выполнять свои изначальные функции в организме. Это самый плохой случай – именно так начинает развиваться раковая опухоль. При длительном пребывании в космосе риск онкологии растет.

Третий вариант – самый редкий. С вероятностью один на миллиард участки ДНК с генетической информацией, необходимой для деления или функционирования клетки, не повреждаются. Полезные или безвредные мутации могут появиться, но они будут максимум у нескольких сотен клеток в организме, где их триллионы. Просто эту мутацию никто не сможет заметить.

Чтобы имели место глобальные изменения, нужно изменить структуру молекулы в каждой клетке. Конечно, это невозможно.

Зато в космосе меняется активность отдельных генов. В ходе экспериментов с рыбками данио-рерио было замечено, что в космосе изменилось количество некоторых белков и молекул РНК, за создание которых отвечают отдельные участки ДНК. Причем одних стало больше, а других меньше.

Макет спутника серии «Бион-М», на борту которого проводились биологические эксперименты.

Наибольшая доля генов с измененной активностью была обнаружена в образцах из сердца, пищеварительного тракта и яичника, в то время как в образце из глаз рыб доля таких генов минимальна.

При этом необратимых последствий для организма не зафиксировано. На Земле через несколько недель после посадки все параметры активности генов вернулись к дополётным значениям.

Хотя суперспособностей космонавту-человеку не обрести, космонавту-бактерии это вполне по силам.

В данный момент проводятся и разрабатываются десятки экспериментов, в которых в космосе пытаются вырастить мутантов.

Макет МКС в центре «Космонавтика и авиация.

В первую очередь на МКС и биологических спутниках проводятся эксперименты с ДНК в целях создания вакцин против СПИДа, гепатита и кишечной палочки. При этом исследования случайно занесённых внутрь станции бактерий показали, что они и без участия человека, благодаря мутациям и естественному отбору в условиях космического полета приобрели суперспособности. Например, в санузле станции обнаружена бактерия Enterobacter, устойчивая к воздействию антибиотиков. Патогенностью бактерия не обладала, поэтому переживать нет причин.

Часть ассенизационно-санитарного устройства космического корабля «Союз».

Проводятся эксперименты с зародышами растений и эмбрионами животных. Пока существо еще не родилось и представляет собой несколько клеток, из-за изменений в ДНК на ранних стадиях оно может сильно преобразиться. Пока исследуются растения, рыбы и небольшие насекомые. Попытки целенаправленно изменить ДНК в космосе впервые предприняли только в 2021 году, но методами селекции уже давно отбираются мутанты, получившие свои способности на орбите.

Некоторые виды космической пшеницы и помидоров уже давно засеиваются на полях Земли.

В павильоне «Космос» вы суперсилу или сверхскорость приобрести не сможете, зато, посетив наши экскурсии, приобретете сверхзнания в области технологий, физики, химии, биологии и медицины, которые позволяют героям-космонавтам покорять Вселенную.

Партнеры