Учёные выяснили, как гравитация влияет на геном человека, и проверили, что происходит с ним в условиях, имитирующих невесомость. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Работа помогает понять возможные изменения человеческих клеток во время космических полётов.
Геном представляет собой одномерную последовательность длиной около двух метров, упакованную в трёхмерную структуру внутри ядра размером примерно 10 микрометров. Его организация связана с функциями клетки, а нарушения могут приводить к заболеваниям, включая рак, и проблемам развития. При этом физические принципы такой упаковки изучены не полностью, в том числе остаётся неясным значение постоянного механического воздействия гравитации.
«На Земле роль гравитации представляет интерес — это постоянное механическое напряжение, воздействующее на всё», — объяснила руководитель работы Александра Зидовска, доцент кафедры физики Нью-Йоркского университета. По её словам, чтобы определить влияние силы тяжести на устройство и работу генома, исследователям пришлось исключить её из эксперимента. Для этого они создали условия, имитирующие нулевую гравитацию.
Команда разработала специальную установку — машину случайного позиционирования, которая вращала ёмкости с живыми клетками вокруг двух независимых осей. Учёные использовали новые алгоритмы трёхмерного вращения, позволившие уменьшить потоки жидкости, возникающие при движении и отсутствующие в настоящей невесомости. Дополнительные алгоритмы помогли отдельно оценить влияние таких потоков на клетки и геном, а из образцов удалили воздушные пузырьки, способные искажать измерения.
Клетки в течение 24 часов подвергали воздействию смоделированной микрогравитации с минимальными потоками, сильных потоков либо оставляли без воздействия. Затем исследователи с помощью методов трёхмерной визуализации оценили форму и объём клеток и ядер, состояние ядерной оболочки, организацию и движение генома, а также изменения ядрышка — крупнейшего жидкого конденсата в ядре. Потоки вытягивали клетки, тогда как микрогравитация не меняла их форму, но увеличивала объём ядра.
Структура и толщина ядерной оболочки при этом оставались прежними. Геном сохранял обычную организацию и динамику, а повреждения ДНК возникали при воздействии потоков, но не при имитации невесомости; ядрышко становилось более гладким в обоих случаях. «Наши данные показывают, что геном, его организация и динамика чрезвычайно устойчивы и спустя 24 часа, по-видимому, не зависят от наличия или отсутствия гравитации», — сказала Зидовска. Она добавила, что при более длительном пребывании в космосе небольшие изменения могут усиливаться, а повреждение ДНК способно повлиять на организм. Как сообщает Нью-Йоркский университет, исследование частично поддержали гранты Национального научного фонда и Национальных институтов здравоохранения США.