CRISPR-Durchbruch könnte Astronauten vor Strahlung im Weltraum schützen

Entgegen der öffentlichen Meinung ist der Raum kein leerer Ort.

In der Nähe der Erde schwärmen skrupellose Mengen ionisierender Strahlung um unsere schwache Atmosphäre, die nur von unserer Magnetosphäre geschützt wird. Sie kommt größtenteils von galaktischer kosmischer Strahlung, angetrieben von der scheinbar endlosen Aktivität der Milchstraße. Mit dieser wahnsinnigen Realität im Hinterkopf, eine Gruppeder Wissenschaftler untersuchten die Möglichkeit, CRISPR-Geneditierungssysteme im Weltraum einzusetzen, um die Auswirkungen ionisierender Strahlung auf menschenähnliche Zellen an Bord der Internationalen Raumstation sicher und genau zu testen.eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlichtPLOS EINS.

Mit anderen Worten, wir haben gerade den ersten Schritt unternommen, um ein großes Hindernis für die menschliche Erforschung des Weltraums zu umgehen: Strahlenbelastung, die Krebs verursachen kann, und andere lebensbedrohliche Komplikationen.

Entwicklung eines CRISPR-„Toolkits“ für Weltraumexperimente

Wenn Menschen immer weiter in den Weltraum vordringen, können Astronauten eine schädliche Exposition gegenüber ionisierender Strahlung riskieren, die die DNA schädigen kann. Eine Art von DNA-Schäden, genannt Doppelstrangbrüche, kann über zwei zelluläre Wege repariert werdenhomologe Rekombination genannt, die Fälle beinhaltet, in denen die DNA-Sequenz typischerweise unverändert bleibt.Die andere, nicht-homologe Endverknüpfung genannt, sieht Insertionen oder Deletionen an der Bruchstelle. Frühere Arbeiten zu Doppelstrangbrüchen haben zu dem Verdacht geführt, dass Bedingungen inWeltraum könnte den DNA-Reparaturweg beeinflussen, was das Risiko einer erhöhten Exposition bei Reisen im Weltraum erhöhen könnte.

Wissenschaftler hatten jedoch keine reichlichen Gelegenheiten, dieses Problem zu erfassen, hauptsächlich aus Sicherheits- und technischen Gründen. Aber die CRISPR/Cas9 Gen-Editing-System kann ein Modell liefern, um sicher und genau Doppelstrangbrüche in Eukaryoten zu erzeugen, der Art von Zellen, die der Mensch verwendet. Die Ergebnisse der Studie sind die allererste Erweiterung des molekularbiologischen "Werkzeugkastens" der Wissenschaftler an Bord der Internationalen Raumstation.

Jenseits des Schutzschildes der Erdmagnetosphäre setzt ionisierende Strahlung alle anwesenden Astronauten dem Risiko umfangreicher DNA-Schäden aus. Dies kann zu Krebs und anderen ernsthaften Gesundheitsrisiken führen und die gesamte Vorstellung von Weltraumreisen in Frage stellen. DoppelstrangbrücheDSBs sind, wenn die Phosphat-Rückgrate beider DNA-Stränge kompromittiert sind und sich zu einer DNA-Läsion formen. In den Tiefen des Weltraums ist ein Großteil der ionisierenden Strahlung galaktische kosmische Strahlung, die hauptsächlich aus Partikeln mit hohem linearem Energietransfer LET bestehtkönnen durch DNA stanzen, was zu geclusterten und komplexen DNA-Schäden führt, die nicht leicht zu reparieren sind. Dies bedeutet, dass es entscheidend ist, zu wissen, welcher der beiden oben genannten Reparaturwege optimal ist, um den Schaden bei Astronauten, die der Weltraumstrahlung ausgesetzt sind, zu mildern.

Wissenschaftler entwickeln den ersten molekularbiologischen Workflow im Weltraum

Frühere Studien haben gezeigt, dass der Pfad des DNA-Reparaturmechanismus unter Bedingungen unter einem Maß von Mikrogravitation beeinflusst werden kann. Aber diese Studien haben sich normalerweise darauf verlassen, DSBs auf der Erde zu erzeugen und dann das biologische Material einzufrieren, um es in den Weltraum zu heben, damit Wissenschaftler beobachten konntenwelcher DNA-Reparaturweg in der Schwerelosigkeit ablaufen würde. Aber da der zweispurige Weg oft unmittelbar nach einem DSB-Ereignis bestimmt wird, ist es möglich, dass diese Experimente eukaryotische Zellen, die bereits einen Weg in der vollen Schwerkraft der Erde begonnen hatten, vergeblich angehoben haben, bevor Astronauten ihn beobachten konnten witnessin der Mikrogravitation. Aus diesem Grund suchten die Wissenschaftler nach einem Mittel, um DSB-Brüche und -Reparaturen vollständig in der Mikrogravitationsumgebung der ISS zu untersuchen.

Letztendlich entwickelten die Wissenschaftler erfolgreich den ersten molekularbiologischen Workflow, um die DSB-Reparatur von Anfang bis Ende an Bord der ISS zu untersuchen. Und es geschah mit CRISPR/Cas9-Gen-Editing-Systeme. Astronauten haben nicht nur eine neue Reihe von DNA-Reparaturstudien in der Mikrogravitation gestartet, sondern auch die Fähigkeit erlangt, lebende Organismen im Weltraum zu transformieren und genetisch zu verändern, was dazu dienen könnte, viele weitere Experimente in zu startendie Zukunft der bemannten Raumfahrt.