Исследование на МКС выявило причину атрофии мышц в невесомости

Орбитальный эксперимент, проведенный на борту Международной космической станции, позволил ученым приблизиться к решению давней проблемы космической медицины - почему длительное пребывание в невесомости приводит к атрофии мышц у членов экипажа. В центре внимания японских и американских биофизиков были митохондрии, производящие энергию в клетках. Оказалось, что микрогравитация снижает выработку белков в этих органеллах. Статья об открытии была опубликована в журнале Nature Communications.

Команда исследователей под руководством Синтаро Ивасаки из Научно-исследовательского института RIKEN культивировала образцы тканей человека в лабораторном модуле МКС в течение 24 и 48 часов. Одновременно на станции выращивали личинки круглых червей Caenorhabditis elegans. По окончании эксперимента биоматериал был заморожен, а после возвращения на Землю подвергнут тщательному анализу. Все это время контрольные партии клеток хранились в центрифуге, создававшей искусственную гравитацию, подобную земной.

Анализ показал, что в образцах, подвергшихся воздействию реальной микрогравитации, заметно снизилось количество матричной РНК, кодирующей митохондриальные белки. Причем рибосомы внутри этих органелл работали гораздо менее активно — синтез тринадцати ключевых белков упал уже после первых суток. У червей картина была аналогичная, хотя изменения были менее выражены.

Чтобы убедиться в отсутствии гравитации, экспериментаторы использовали клиностат — устройство, которое вращает контейнеры с клетками и тем самым устраняет действие гравитации. Вращение в течение 24 часов имело тот же эффект: подавлялась выработка митохондриальных белков. Продление срока до 72 часов только усугубило этот спад.

Как открытие будет использовано на практике

Ученые предположили, что ключевую роль в снижении выработки белка играет нарушение механического взаимодействия клеток друг с другом — адгезии. Известно, что в условиях пониженной гравитации контакты между клеточными мембранами ослабевают. Команда Ивасаки решила проверить, можно ли восстановить нормальное функционирование митохондрий за счет увеличения сплоченности клеток.

Оказалось, что обработка клеток белками, укрепляющими межклеточные связи, полностью возвращала выработку митохондриальных белков к нормальному уровню даже в клиностате.

Так учёные открыли неизвестный ранее механизм, переносящий физическое воздействие гравитации на клеточный уровень. Это открытие представляет собой практический инструмент для улучшения предполетной подготовки космонавтов. Теперь возможен целенаправленный поиск препаратов, поддерживающих оптимальный уровень митохондриальных белков во время длительных полетов. Более того, Ивасаки не исключает, что обнаруженный механизм поможет вылечить земные недуги — в частности, саркопению, возрастную деградацию мышц.