Wstępne wyniki wskazują, że gen wspomagający oddychanie komórkowe pozwala drożdżom lepiej funkcjonować w warunkach stresowych.

– Nasz projekt realizujemy pod hasłem „zanim polecimy na Marsa” – podkreśliła w rozmowie z PAP prof. Ewa Szuszkiewicz, astrofizyczka i astrobiolożka z Uniwersytetu Szczecińskiego, koordynatorka eksperymentu Yeast TardigradeGene.

– Ludzkość przygotowuje sobie teraz grunt pod eksplorację Układu Słonecznego, zwłaszcza Księżyca i Marsa. A drożdże to doskonałe biofabryki – ocenił w rozmowie z PAP prof. Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (UAM) Andonis Karachitos. Jak dodał, sektor kosmiczny interesuje się drożdżami, ponieważ są proste w hodowli i mogą produkować szeroki wachlarz związków – od białek po składniki odżywcze. W przypadku długodystansowych misji kosmicznych takie „żywe fabryki” pozwoliłyby znacznie ograniczyć ładunek transportowany z Ziemi.

Naukowcy testują, jak przygotować organizmy, które poradzą sobie z wymagającymi warunkami wieloletnich podróży kosmicznych.

Badacze wysłali na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) drożdże piekarnicze (Saccharomyces cerevisiae), czyli gatunek powszechnie używany w przemyśle spożywczym. W tym przypadku były to jednak organizmy zmodyfikowane genetycznie.

Wzorem odporności dla naukowców stały się niesporczaki. Wiadomo już jest, że te mikroskopijne bezkręgowce (po angielsku nazywane pieszczotliwie wodnymi misiami) - nie tylko potrafią przetrwać bardzo długie okresy bez pożywienia i wody, wytrzymać promieniowanie jonizujące, ekstremalnie niskie i wysokie temperatury, wysokie ciśnienie czy stężenie soli, ale nawet przeżyć przez pewien czas w przestrzeni kosmicznej. Wszystko dzięki temu, że w toku ewolucji wykształciły unikatową zdolność prawie całkowitego wyciszenia procesów życiowych, nazywaną kryptobiozą lub życiem utajonym. Kiedy wchodzą w ten stan, ich metabolizm zwalnia niemal do zera.

Aby stworzyć odporniejsze drożdże, naukowcy zaimplementowali im gen mitochondrialnej alternatywnej oksydazy (AOX) pochodzący właśnie od niesporczaków. Gen ten koduje białko, które wpływa na pracę mitochondriów, czyli części komórki odpowiedzialne za przekształcenia energii, czyli zasilanie energetyczne. Miał on wspomóc funkcjonowanie mitochondriów drożdży w warunkach mikrograwitacji.

– Wyniki wskazują, że w warunkach ziemskich ten gen faktycznie chroni mitochondria. Nasze zmodyfikowane drożdże rosną lepiej i potrafią rozwijać się na specyficznych pożywkach wymagających aktywnych mitochondriów – wyjaśnił prof. Karachitos.

Według naukowca drożdże z chronionymi mitochondriami lepiej się namnażają i są wydajniejsze. – Nasze wstępne analizy potwierdzają, że funkcjonowanie, kształt i budowa mitochondriów są znacznie korzystniejsze u szczepu z genem AOX niż u szczepu kontrolnego – zaznaczył badacz.

Obecnie trwają prace nad potwierdzeniem, czy drożdże z genem niesporczaka radzą sobie w warunkach mikrograwitacji równie dobrze, jak podczas testów ziemskich.

– Mamy nadzieję, że dzięki obecności genu AOX negatywne skutki mikrograwitacji zostaną zredukowane lub całkowicie wyeliminowane. Liczymy na to, że zadziała on jak tarcza ochronna dla drożdży – powiedziała prof. Ewa Szuszkiewicz.

Ekspertka wyjaśniła, że brak grawitacji zmienia przepływ płynów wewnątrz komórek oraz sposób, w jaki drożdże tworzą kolonie. W mikrograwitacji zanikają efekty konwekcji indukowanej grawitacją, zredukowane są turbulencja i siły ścinania. Polski zespół, w przeciwieństwie do wielu wcześniejszych badań, użył pożywki stałej o konsystencji galaretki, co pozwoliło ograniczyć wpływ tych procesów, na wyniki eksperymentów kontrolnych na Ziemi.

Próbki transportowano z Polski do USA, a następnie na niską orbitę okołoziemską w temperaturze 4 stopni Celsjusza. Drożdże umieszczono w specjalnym pojemniku z Nomeksu (materiału ognioodpornego o wyjątkowej wytrzymałości), który osłaniał drożdże podczas całego eksperymentu i spełniał wszystkie wymogi bezpieczeństwa stawiane ładunkom wysyłanym na ISS.

W eksperymencie ważna była rola polskiego astronauty Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego. To właśnie on rozpoczął właściwą inkubację, kiedy wyjął pojemnik z drożdżami z lodówki i umieścił go w module Columbus na ISS.

Materiał biologiczny powrócił do laboratorium w Poznaniu zaledwie dwa dni po powrocie astronautów i wodowaniu kapsuły transportowej. – Kiedy po jednym dniu gołym okiem dało się zaobserwować pierwsze podziały komórek, wiedzieliśmy, że eksperyment zakończył się pełnym sukcesem – wspomniał prof. UAM Karachitos.

Po powrocie na Ziemię część „drożdży-astronautów” została zamrożona w ciekłym azocie, a część poddana dalszemu namnażaniu, by sprawdzić zmiany adaptacyjne w kolejnych pokoleniach.

– To, co robimy teraz, to eksperyment wstępny, który w przyszłości chcemy rozszerzyć o kolejne niezwykłe geny niesporczaków, bo te stworzenia mają ich w zanadrzu znacznie więcej – zapowiedział prof. Karachitos.

Ludwika Tomala (PAP)

lt/ agt/