راز تحلیل رفتن بدن فضانوردان فاش شد؛ ریزگرانش چگونه سلول‌ ها را ضعیف می‌ کند؟

به گزارش رکنا، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد قرار گرفتن در معرض ریزگرانش، توانایی میتوکندری‌ها در تولید پروتئین را کاهش می‌دهد؛ تغییری که می‌تواند در بروز ضعف عضلانی و سایر مشکلات جسمی ناشی از سفرهای فضایی نقش داشته باشد.

به گزارش نیچر، این پژوهش همچنین یک مسیر مولکولی ناشناخته را شناسایی کرده است که از طریق سازوکارهای مکانیکی چسبندگی سلولی (Cell Adhesion)، اثرات گرانش را به میتوکندری‌ها منتقل می‌کند. به گفته پژوهشگران، این یافته می‌تواند توضیح دهد چرا با حذف نیروی گرانش، فعالیت تولید پروتئین در سلول‌ها کاهش می‌یابد.

«توماس کوری‌دون»، زیست‌شناس فضایی دانشگاه آرهوس دانمارک که در این تحقیق مشارکت نداشته است، می‌گوید این نتایج می‌تواند به طراحی راهکارهایی برای آماده‌سازی بهتر فضانوردان پیش از مأموریت‌های فضایی کمک کند.

آسیب به نیروگاه سلول‌ها

مطالعات پیشین روی سلول‌ها، موش‌ها و نمونه‌های زیستی فضانوردان نشان داده بود سفرهای فضایی عملکرد میتوکندری‌ها، اندامک‌های مسئول تولید انرژی در سلول، را مختل می‌کند.

«افشین بهشتی»، پژوهشگر پزشکی فضایی دانشگاه پیتسبورگ و از نویسندگان مطالعات پیشین، می‌گوید اگرچه تاکنون مشخص شده بود ریزگرانش به عملکرد میتوکندری آسیب می‌زند، اما سازوکارهای مولکولی این پدیده به‌طور دقیق شناخته نشده بود. به گفته او، تحقیقات قبلی همچنین نشان داده بودند کاهش گرانش بر فرآیند رونویسی DNA به RNA پیام‌رسان (mRNA) نیز اثر می‌گذارد.

کاهش تولید پروتئین در فضا

در مطالعه جدید، «شینتارو ایوازاکی»، زیست‌شناس مولکولی مؤسسه تحقیقاتی RIKEN ژاپن، به همراه همکارانش به جای بررسی رونویسی ژن‌ها، بر مرحله «ترجمه» تمرکز کردند؛ فرآیندی که طی آن ریبوزوم‌ها با استفاده از RNA پیام‌رسان، پروتئین می‌سازند.

برای انجام این آزمایش، فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی سلول‌های انسانی را به مدت ۲۴ و ۴۸ ساعت در شرایط ریزگرانش کشت دادند و سپس آن‌ها را منجمد کردند. در مقابل، نمونه‌های کنترل در سانتریفیوژی نگهداری شدند که شرایط گرانشی مشابه زمین را شبیه‌سازی می‌کرد.

پس از بازگرداندن نمونه‌ها به زمین، بررسی‌ها نشان داد سلول‌هایی که در ریزگرانش قرار گرفته بودند، مقدار کمتری RNA پیام‌رسان میتوکندریایی تولید کرده‌اند و ریبوزوم‌های میتوکندری نیز پروتئین‌های کمتری ساخته‌اند.

پژوهشگران نتایج مشابهی را، هرچند با شدت کمتر، در کرم آزمایشگاهی Caenorhabditis elegans نیز مشاهده کردند؛ جاندارانی که چهار روز در ایستگاه فضایی رشد کرده بودند.

تأیید نتایج در آزمایشگاه

برای اطمینان از یافته‌ها، پژوهشگران آزمایش‌های مشابهی را روی زمین با استفاده از دستگاه «کلینوستات» (Clinostat) انجام دادند؛ دستگاهی که با چرخاندن سلول‌ها، شرایطی مشابه کاهش گرانش ایجاد می‌کند.

نتایج نشان داد تنها پس از ۲۴ ساعت، تولید ۱۳ نوع پروتئین میتوکندریایی در سلول‌های انسانی کاهش یافته است. ادامه قرارگیری سلول‌ها در این شرایط طی ۴۸ و ۷۲ ساعت نیز این کاهش را تشدید کرد.

به گفته کوری‌دون، اگرچه پیش‌تر مشخص شده بود ریزگرانش بیان ژن‌ها را تغییر می‌دهد، این مطالعه برای نخستین بار نشان می‌دهد این اثر مستقیماً فرآیند تولید پروتئین را نیز مختل می‌کند.

نقش چسبندگی سلولی

در ادامه پژوهش، دانشمندان بررسی کردند که چگونه کاهش گرانش این تغییرات را در سلول ایجاد می‌کند. نتایج نشان داد اختلال در چسبندگی سلولی، یعنی توانایی سلول‌ها برای اتصال به یکدیگر، نقش مهمی در این فرآیند دارد.

آزمایش‌ها نشان داد زمانی که سلول‌های انسان و موش پیش از قرار گرفتن در شرایط شبیه‌سازی‌شده ریزگرانش، با پروتئین‌های تقویت‌کننده چسبندگی سلولی تیمار شدند، تولید پروتئین در میتوکندری به سطح طبیعی بازگشت. اما مهار این فرآیند باعث توقف ترجمه پروتئین در میتوکندری و کاهش مصرف اکسیژن این اندامک‌ها شد.

کاربردی فراتر از سفرهای فضایی

پژوهشگران اکنون در تلاش‌اند ترکیبات یا داروهایی را شناسایی کنند که بتوانند تولید پروتئین در میتوکندری را دوباره فعال کنند.

به گفته ایوازاکی، نتایج این تحقیق تنها برای سلامت فضانوردان اهمیت ندارد، بلکه می‌تواند در آینده به توسعه درمان‌هایی برای سارکوپنی، بیماری مرتبط با کاهش تدریجی توده و قدرت عضلات در سالمندان، نیز کمک کند.