Исследование на МКС выявило причину мышечной атрофии в невесомости

Орбитальный эксперимент, проведенный на борту Международной космической станции, позволил ученым вплотную приблизиться к разгадке давней проблемы космической медицины — почему длительное пребывание в невесомости ведет к атрофии мышц у членов экипажа. В центре внимания японских и американских биофизиков оказались митохондрии, вырабатывающие энергию в клетках. Оказалось, что микрогравитация снижает производство белков в этих органоидах. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Communications.

Какой ущерб наносит микрогравитация

Группа исследователей под руководством Синтаро Ивасаки из Научно-исследовательский института RIKEN культивировала образцы человеческих тканей в лабораторном модуле МКС на протяжении 24 и 48 часов. Параллельно на станции выращивались и личинки круглых червей Caenorhabditis elegans. По окончании эксперимента биоматериал замораживали, а после возвращения на Землю подвергали тщательному анализу. Контрольные партии клеток все это время находились в центрифуге, которая создавала искусственную силу тяжести, аналогичную земной.

Анализ показал, что в образцах, побывавших в условиях реальной микрогравитации, заметно сократилось количество матричных РНК, кодирующих митохондриальные белки. Более того, рибосомы внутри этих органелл работали значительно менее активно — синтез тринадцати ключевых протеинов упал уже после первых суток. У червей картина оказалась сходной, хотя изменения проявлялись слабее.

Чтобы убедиться, что дело именно в отсутствии гравитации, экспериментаторы применили клиностат — установку, которая вращает емкости с клетками и тем самым устраняет действие силы тяжести. Вращение в течение суток дало тот же эффект: продукция митохондриальных белков угнеталась. Удлинение срока до 72 часов лишь усугубляло этот спад.

Как открытие будет использоваться на практике

Ученые предположили, что ключевую роль в сокращении выработки белка играет нарушение механического взаимодействия клеток друг с другом — адгезии. Известно, что в условиях пониженной гравитации ослабевают контакты между клеточными мембранами. Команда Ивасаки решила проверить, можно ли восстановить нормальную работу митохондрий, усилив сцепление клеток.

Выяснилось, что обработка клеток белками, укрепляющими межклеточные связи, полностью возвращала производство митохондриальных белков к обычному уровню даже в клиностате.

Так ученые обнаружили ранее неизвестный механизм, который переносит физическое воздействие гравитации на клеточный уровень. Открытие дает практический инструмент для совершенствования предполетной подготовки астронавтов. Теперь можно целенаправленно искать лекарства, поддерживающие оптимальный уровень митохондриальных белков во время долгосрочных полетов. Более того, Ивасаки не исключает, что найденный механизм поможет излечить и земные недуги — в частности, саркопению, возрастную деградацию мышц.