Почему в космосе тают кости?

Вообще-то при микрогравитации становится плохо не только рыбьим скелетам. Потеря костной ткани — одна из самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются космонавты во время и после вахты на МКС. Проявления потери напоминают старческий остеопороз, хотя космонавты сталкиваются с ней задолго до старости — кости становятся более хрупкими и ломкими, теряют кальций. Изменения на клеточном уровне заметны сразу после полета в пикирующем самолете.

Клеточный механизм потери костной ткани до сих пор оставался невыясненным. Известно, что невесомость меняет в живом организме многое — так, сердце постепенно теряет навык ускоряться при резком изменении давления. Из-за этого космонавты, вернувшиеся на Землю, падают в обмороки от резких движений. Изменения происходят и на уровне генной экспрессии и наблюдались при сборе биоматериалов у космонавтов.

Контейнеры с лабораторными рыбками медака прибывают на МКС

Чтобы выяснить, что именно происходит в клетках костей и хрящей в невесомости, ученые решили отправить на МКС японских аквариумных рыбок медака (Oryzias latipes), клеточные механизмы развития костей и хрящей у которых очень схожи с механизмами млекопитающих. В 2014 году на борт космической станции полетели генномодифицированные рыбки, в тельцах которых повышенная активность определенных генов обнаруживала себя как яркое свечение.

Выяснилось, что уже на первые сутки в невесомости у рыбок начинали усиленно работать 105 генов, а еще 49, напротив, были гораздо менее активны в космосе, чем в телах рыбок из контрольной группы на Земле. Из этих генов 5 связаны с развитием клеток скелета: два регулируют рост остеобластов (молодых клеток костей), и три — остеокластов — гигантских клеток, которые занимаются растворением имеющейся костной ткани. Все эти гены регулируют выработку факторов транскрипции, которые участвуют в развитии остеобластов и остеокластов.

В нормальных условиях эти гены вступают в работу в разное время, но невесомость сдвинула их графики и привела к серьезным изменениям в структуре костной ткани. Ученым еще предстоит объяснить, как именно это происходит и у лабораторных рыбок, и у человека.

Еще более важны общие выводы, которые делают авторы исследования: изменения активности генов в первый же день изменения гравитации предполагают наличие у клетки готового механизма защиты от скачков силы тяжести, который включается почти мгновенно. Этот механизм значительно меняет всю хроматиновую структуру — вещество клеточного ядра, которое состоит из ДНК, РНК и белков, необходимых для их работы, настраивая ядро в соответствии с изменением гравитации.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.