Ранні зародки миші не змогли повноцінно розвинутися в космосі

Китайські вчені відправили в космос більше тисячі мишачих ембріонів на стадії двох клітин, щоб простежити за їх розвитком. Виявилося, що на орбіті клітини ембріонів гірше діляться і диференціюються, ніж на Землі. Судячи з усього, справа в радіації: якщо на Землі опромінювати зародки тією ж дозою, що і в космосі, то вони накопичують двунітеві розриви ДНК і гірше розвиваються. Можливо, це пояснює, чому щурам досі не вдалося розмножитися в космічних експериментах. Дослідження опубліковано в журналі.

Вчені вже неодноразово відправляли в космос різних тварин, у тому числі і на ембріональних стадіях. Хоча багато безхребетних і хребетних продовжували успішно розвиватися навіть у невагомості, про ссавців досі невідомо, наскільки це можливо. Спроби змусити самців і самок щурів розмножуватися на орбіті поки ні до чого не призвели. Справа, судячи з усього, не у виробництві статевих клітин - принаймні, після повернення з космосу гризуни здатні стати батьками. Якість сперми теж у космосі не змінюється.

Група вчених під керівництвом Енькуя Дуаня (Enkui Duan) з Інституту зоології Китайської академії наук припустила, що проблеми можуть виникнути на стадії раннього зародкового розвитку. Щоб це перевірити, дослідники розробили інкубатор для космічних польотів. У земних умовах він дозволив культивувати ембріони до перевагоплантаційної стадії (бластоцисти): близько третини вирощених у ньому зародків після підсадки самицям розвинулися в повноцінних мишат.

У квітні 2016 року Китай запустив супутник SJ-10, і за 12 годин до пуску на нього встановили інкубатор з мишачими ембріонами на стадії двох клітин. Камера мікроскопа фотографувала їх раз на 4 години, а через 64 години їх зафіксували, щоб зупинити розвиток і проаналізувати експресію генів вже після повернення на Землю.

На Землі вчені зібрали з інкубатора 1184 зафіксованих зародки. З них 856 розвинулися до стадії морули (багатоклітинної щільної кулі) або бластоцисти (кулі з порожниною всередині). Однак бластоцист у космосі вийшло майже вдвічі менше, ніж у тому ж інкубаторі на Землі (34,3 відсотка проти 60,2). Таким чином, перехід з морули в бластоцисту в космосі виявився порушений.

Коли дослідники почали вивчати якість отриманих бластоцист, то помітили, що в них менше клітин, ніж в аналогічних земних ембріонах (в середньому 41,5 проти 51,6). Крім того, виявилося, що в них відрізняється експресія основних маркерів, характерних для цієї стадії. Серед поверхневих клітин бластоцист, що розвинулися в космосі, знайшлося вдвічі більше таких, які застрягли в процесі диференціювання: вони експортували білки Oct4 і Cdx2, характерні для внутрішньої клітинної маси. Це означає, що проблеми у зародків почалися на рівні ділення і диференціювання клітин.

У причинах цих проблем дослідники запідозрили космічну радіацію. Щоб з'ясувати, чи мала вона вплив на ДНК зародок, вони виміряли кількість двунітевих розривів у клітинах бластоцист: у тих, що літали в космос, їх виявилося майже вдвічі більше.

Потім автори роботи вирішили з'ясувати, що впливає на розвиток мишачих ембріонів сильніше: радіація або відсутність гравітації. Вже на Землі вони зібрали нових комплект зародків і на одні подіяли дозою випромінювання (яка була приблизно дорівнює тій, що ембріони отримали за час польоту - 0,5-2 мГрей), а інші культивували в обертовій судині. Виявилося, що в умовах невагомості до бластоцисти дожило трохи менше зародків, ніж зазвичай (65,4 відсотка проти 72,9), проте під дією випромінювання ефект був сильнішим - вижили всього 45,7 відсотка при максимальній дозі. Крім того, в умовах невагомості у зародків не виникло двунітевих розривів, а під дією випромінювання вони з'являлися по всій бластоцисті. У підсумку опромінені зародки гірше прижилися в організмах матерів: народжуваність впала до 7-21 відсотка (залежно від дози) порівняно з 32,6 відсотками в контрольній групі.

На підставі своїх даних дослідники зробили висновок, що розмножуватися в космосі ссавцям заважає радіація, яка знижує і без того невисоку виживаність зародків. Тим не менш, автори роботи відзначають, що навряд чи радіація одноосібно винна у всіх бідах ембріонів, що розвиваються: кількість повноцінних бластоцист, які сформувалися на орбіті, все одно виявилася нижчою, ніж на Землі під дією відповідної дози випромінювання. Це означає, що зміни гравітації теж відіграють якусь роль у розвитку ембріонів, просто роблять не такий сильний вплив.

Раніше ми писали про те, що для мозку щурів радіація, судячи з усього, виявилася нешкідливою. А ось миші, потрапивши в космос, почали описувати дивні кругові траєкторії.