Naukowcy z Wydziału Biologii UAM przygotowują do lotu w kosmos… drożdże zmodyfikowane w wyniku dodania genu niesporczaka. Niebawem start rakiety!
W eksperymencie (akronim: Yeast TardigradeGene), który zostanie przeprowadzony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (International Space Station – ISS), przetestowane zostaną drożdże genetycznie zmodyfikowane w wyniku włączenia w ich genom genu niesporczaka. Gen ten jest odpowiedzialny za syntezę białka mitochondrialnego nazywanego AOX i wiązanego z odpornością niesporczaków na ekstremalne warunki środowiskowe. W tym przypadku zostanie zbadany wpływ AOX niesporczaka na przeżywalność komórek drożdży w warunkach mikrograwitacji panujących na ISS. Otrzymane wyniki będą istotne dla określenia możliwości użycia tak zmodyfikowanych drożdży jako biofabryk na Marsie czy Księżycu, czy też w trakcie podróży kosmicznych.
Niesporczaki, jak wiadomo, cechują się bardzo dużą odpornością na skrajne warunki siedliskowe i w związku z tym zakłada się, że dzięki ich genom przynajmniej część tej odporności mogą „przejąć” komórki innych organizmów, w tym drożdży.
W skład zespołu realizującego projekt wchodzą: ze strony Wydziału Biologii UAM prof. Hanna Kmita, dr hab. Andonis Karachitos, prof. UAM Nina Antos-Krzemińska oraz prof. UAM Łukasz Kaczmarek; z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego prof. Ewa Szuszkiewicz (koordynator projektu) i prof. US Franco Ferrari, z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach prof. UŚ Izabela Poprawa.
– Kilka lat temu razem z naukowcami z US postanowiliśmy zająć się zagadnieniem funkcjonowania organizmów, tkanek i komórek w trakcie lotów kosmicznych – mówi prof. Łukasz Kaczmarek. – Przygotowaliśmy i zgłosiliśmy do NCN projekt, którego celem było wysyłanie w kosmos rakietami suborbitalnymi różnych eksperymentów różny materiał biologiczny; od hodowanych in vitro komórek przez tkanki aż do całych organizmów. Niestety projekt nie uzyskał finansowania z różnych przyczyn, od finansowych do technicznych – wyjaśnia.
Trzy lata później przed naukowcami otworzyła się nowa perspektywa badań. Dzięki współpracy NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) oraz POLSA (Polish Space Agency) zaczęto poważnie rozmawiać o wysłaniu polskiego astronauty na Międzynarodową Stację Kosmiczną i zaprojektowaniu eksperymentów, które polecą z polską misją kosmiczną Ignis (z łacińskiego: ogień) i polskim astronautą projektowym dr. Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim.
– Nasz eksperyment dotyczący zmodyfikowanych genetycznie drożdży został zaakceptowany (a był to jeden z 66 zaproponowanych eksperymentów, z których wybrano tylko 13), przed drożdżami z genem pozyskanym od niesporczaków otworzyła się droga w kosmos – opowiada prof. Kaczmarek. – Finansowanie tym razem zapewniają nam Ministerstwo Rozwoju i Technologii we współpracy z ESA oraz POLSA. Całość materiału badawczego musi trafić do Stanów Zjednoczonych, a potem polecieć na Międzynarodową Stację Kosmiczną, gdzie nasz astronauta projektowy będzie doglądał prawidłowego przeprowadzenia eksperymentu, polegającego na wystawieniu drożdży na działanie mikrograwitacji –zapowiada.
Kolejnym etapem podróży „UAM-owskich” drożdży będzie powrót na Ziemię, przeprowadzenie szczegółowych badań, a za mniej więcej dwa lata publikacja ich wyników. Pod uwagę będzie brane wiele zmiennych, w tym żywotność i stan energetyczny komórek wynikający z funkcjonowania mitochondriów. Analogiczne badania zostaną przeprowadzone dla komórek hodowanych w warunkach ziemskich. Zanim jednak podróż się rozpocznie, trzeba przygotować stos dokumentów. Obostrzenia są wręcz kosmiczne, drożdże z genem niesporczaka to już bowiem organizmy modyfikowane genetycznie. Okazało się też, że każda substancja wwożona na teren USA, a więc np. składniki pożywki, musi posiadać odpowiednie pozwolenia.
Jak już wspomnieliśmy, nad projektem pracuje interdyscyplinarny zespół z trzech polskich ośrodków akademickich. Profesor Kaczmarek jest w nim głównym ekspertem od niesporczaków, prof. Ewa Szuszkiewicz i Franco Ferrari są odpowiedzialni za integrację elementów eksperymentu i przygotowanie ich do lotu. Doktor hab. Andonis Karachitos z Zakładu Bioenergetyki jest specjalistą w inżynierii genetycznej drożdży i opracował wszystkie wykorzystywane szczepy. Profesor Hanna Kmita oraz prof. Nina Antos-Krzemińska, również pracujące w Zakładzie Bioenergetyki, są specjalistkami w zakresie badania żywotności komórek, mutacji w obrębie mitochondrialnego DNA i stanu funkcjonalnego mitochondriów. Ta ekipa przygotowuje też hodowle drożdży, które trafią na ISS i do ich ziemskich odpowiedników. Z kolei prof. Izabela Poprawa zajmie się badaniem ultrastruktury komórek drożdży ze szczególnym uwzględnieniem mitochondriów. Dzięki tak zaplanowanym badaniom, dotyczącym także hodowli kontrolnych, będzie możliwe przebadanie zmian, które w komórkach drożdży nastąpiły podczas ich pobytu na ISS.
– Materiał badawczy już czeka. Jest gotowy do podróży – mówi prof. Kaczmarek. – Jego przygotowanie wymagało też wiele dodatkowej pracy, wszystko musi być transportowane w odpowiednich pojemnikach, przygotowanych ze specjalnych, bezpiecznych dla misji kosmicznej materiałów. Dodatkowe obostrzenia wynikają też z tego, że wysyłamy, jakkolwiek na to patrzeć, żywe grzyby, a na statku kosmicznym jest z nimi problem choćby ze względu na klimatyzację. Drożdże zanurzone są w medium i wyposażone w pożywkę. Na wszystko musi być dokument i certyfikat bezpieczeństwa, które dadzą pewność, że nasz materiał nie wpłynie w jakikolwiek sposób na jakość powietrza w stacji kosmicznej – wyjaśnia ekspert.
Naukowcy mają nadzieję, że gen niesporczaków pomoże komórkom drożdży funkcjonować w warunkach stresu kosmicznego czy też stresu wynikającego z przebywania w mikrograwitacji, ale czy tak się stanie, będzie wiadomo dopiero po przeprowadzeniu zaplanowanych badań.
– Czy warto wydawać duże pieniądze, by stwierdzić, jak w kosmosie funkcjonują drożdże z genem niesporczaka? – pyta nasz rozmówca i natychmiast odpowiada: – Oczywiście, że tak, bo mimo że w zasadzie na Ziemi możemy prowadzić badania w warunkach zbliżonych do kosmicznych, to jednak słowo „zbliżonych” ma tu ogromne znaczenie, jako że utrzymanie w warunkach ziemskich tak długich okresów chociażby z mikrograwitacją jest po prostu niemożliwe. Projekt jest częścią większego przedsięwzięcia o nazwie „Zanim polecimy na Marsa”, który zakłada, że jeśli chcemy się wybrać np. na Księżyc, to musimy nauczyć się produkować żywność i paliwo na miejscu. Skupiamy się na drożdżach jako bioreaktorach służących właśnie do produkcji żywności czy biopaliwa.
Profesor pytany o rodzaj drożdży, które polecą w kosmos wyposażone w gen niesporczaka, odpowiada krótko: drożdże piwne.
Czytaj też: Niesporczaki pomogą skolonizować Marsa
