Kärnfusionsreaktioner i solen är källan till värme och ljus som vi får på jorden. Dessa reaktioner frigör en enorm mängd kosmisk strålning - inklusive röntgenstrålar och gammastrålar - och laddade partiklar som kan vara skadliga för alla levande organismer.

Livet på jorden har skyddats tack vare ett magnetfält som tvingar laddade partiklar att studsa från pol till pol samt en atmosfär som filtrerar bort skadlig strålning.

Under rymdresor är det dock en annan situation. För att ta reda på vad som händer i en cell när de reser i yttre rymden, skickar forskare bagerjäst till månen som en del av NASA:s Artemis 1-uppdrag.

Kosmisk skada

Kosmisk strålning kan skada cell-DNA, vilket avsevärt ökar mänsklig risk för neurodegenerativa sjukdomar och dödliga sjukdomar, som cancer. Eftersom den internationella rymdstationen (ISS) ligger i ett av två av jordens Van Allen-strålningsbälten – vilket ger en säker zon – exponeras inte astronauterna för mycket. Astronauter i ISS upplever mikrogravitation, vilket är en annan stress som dramatiskt kan förändra cellfysiologi.

När NASA planerar att skicka astronauter till månen, och senare till Mars, blir dessa miljöpåfrestningar mer utmanande.

Grafisk berättelse om vetenskapen och tekniken bakom de sista stegen i integration och överlämnande av #DSRG innan den lanseras på #SLS @NASASpaceSci @NASA_SLS

Enheten till vänster kommer att gå till månens omloppsbana medan den högra är backup, ifall jag snubblar medan jag håller den pic.twitter.com/QavR1OpzyW

— Luis Zea (@SpaceLuisZea) 14 augusti 2022

Den vanligaste strategin för att skydda astronauter från de negativa effekterna av kosmisk strålning är att fysiskt skydda dem med hjälp av toppmoderna material.

Lärdomar från viloläge

Flera studier visar att vinterdvalare är mer motståndskraftiga mot höga doser av strålning, och vissa forskare har föreslagit användning av "syntetisk eller inducerad torpor" under rymduppdrag för att skydda astronauter.

Ett annat sätt att skydda liv från kosmisk strålning är att studera extremofiler – organismer som kan anmärkningsvärt tolerera miljöpåfrestningar. Tardigrader är till exempel mikrodjur som har visat en häpnadsväckande motståndskraft mot ett antal påfrestningar, inklusive skadlig strålning. Denna ovanliga robusthet härrör från en klass av proteiner som kallas "tardigrad-specifika proteiner."

Under överinseende av molekylärbiologen Corey Nislow använder jag bagerijäst, Saccharomyces cerevisiae , för att studera kosmisk DNA-skadestress. Vi deltar i NASA:s Artemis 1-uppdrag, där vår samling av jästceller kommer att resa till månen och tillbaka i Orion-rymdfarkosten i 42 dagar.

Denna samling innehåller cirka 6 000 streckkodade stammar av jäst, där en gen är raderad i varje stam. När de exponeras för miljön i rymden, skulle dessa stammar börja släpa om deletion av en specifik gen påverkar celltillväxt och replikation.

Mitt primära projekt vid Nislow-labbet är att genmanipulera jästceller för att få dem att uttrycka tardigrad-specifika proteiner. Vi kan sedan studera hur dessa proteiner kan förändra cellers fysiologi och deras motståndskraft mot miljöpåfrestningar – framför allt strålning – med hopp om att sådan information skulle komma till nytta när forskare försöker konstruera däggdjur med dessa proteiner.

När uppdraget är slutfört och vi får tillbaka våra prover, med hjälp av streckkoderna, kunde antalet av varje stam räknas för att identifiera gener och genvägar som är nödvändiga för att överleva skador inducerade av kosmisk strålning.

En modellorganism

Jäst har länge fungerat som en "modellorganism" i DNA-skadestudier, vilket innebär att det finns gedigen bakgrundskunskap om mekanismerna i jäst som svarar på DNA-skadande medel. De flesta av jästgenerna som spelar roller i DNA-skadesvaret har studerats väl.

Trots skillnaderna i genetisk komplexitet mellan jäst och människor har funktionen hos de flesta gener som är involverade i DNA-replikation och DNA-skadesvar förblivit så bevarad mellan de två att vi kan få en hel del information om mänskliga cellers DNA-skadarespons genom att studera jäst .

Dessutom gör jästcellernas enkelhet jämfört med mänskliga celler (jäst har 6 000 gener medan vi har mer än 20 000 gener) gör att vi kan dra mer solida slutsatser.

Och i jäststudier är det möjligt att automatisera hela processen med att mata cellerna och stoppa deras tillväxt i en elektronisk apparat stor som en skokartong, medan odling av däggdjursceller kräver mer utrymme i rymdfarkosten och mycket mer komplext maskineri.

Sådana studier är nödvändiga för att förstå hur astronauternas kroppar kan klara av långvariga rymduppdrag och för att utveckla effektiva motåtgärder. När vi väl identifierat generna som spelar nyckelroller för att överleva kosmisk strålning och mikrogravitation, skulle vi kunna leta efter läkemedel eller behandlingar som kan hjälpa till att öka cellernas hållbarhet för att motstå sådana påfrestningar.

Vi kunde sedan testa dem i andra modeller (som möss) innan vi faktiskt applicerade dem på astronauter. Denna kunskap kan också vara potentiellt användbar för att odla växter bortom jorden. + Utforska vidare

Forskare skickar jäst och alger till rymden på Artemis 1

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.