Учёные Института цитологии и генетики СО РАН в ходе экспериментов над лабораторными мышами выяснили, что невесомость отключает в мозге выработку дофамина, что ведёт к деградации двигательной активности, узнал 19 января корреспондент Сиб.фм из сообщения издания «Наука в Сибири».
Учёные института работали в рамках программы «Бион» — это серия советских и российских космических аппаратов, разработанных ЦСКБ-Прогресс и предназначенных для биологических исследований. С 1997 года в «Бионе» был длительный перерыв, связанный, в первую очередь, с экономическими проблемами, но в конце 2000-х программу удалось возродить силами «Роскосмоса» и Института медико-биологических проблем РАН.
212 крыс и 12 обезьян были подопытными животными в программе «Бион»
В 2013 году был запущен спутник «Бион-М1» — он провёл на орбите в автономном режиме ровно месяц и вернулся на Землю. На борту находились мыши, монгольские песчанки, гекконы, рыбы, улитки, личинки жука-древоточца, микроорганизмы, водоросли, лишайники и некоторые растения. После приземления их изучили учёные РАН.
«Наш институт оказался задействованным в „Бион-М1“ в некоторой степени случайно, — рассказал научный сотрудник Лаборатории нейрогеномики поведения Института цитологии и генетики СО РАН Антон Цыбко, — Была нужна лаборатория, которая могла бы исследовать молекулярные изменения, происходящие в мозге в ходе длительного полёта».
Из 45 отправленных в космос мышей живыми вернулись 26. Песчанки погибли все из-за сбоев в системе автоматической подачи пищи, попадания в движущиеся части кормушки и конфликтов внутри группы.
Чтобы удостовериться, что наблюдаемые эффекты возникают именно из-за состояния невесомости, учёные повторили на Земле. Взяли мышей той же генетической линии, того же возраста и веса и поместили их в те же самые автоматические камеры. Эксперимент показал, полученные изменения — 100% эффект космического полёта.
99% общих генов имеют человек и мышь
«Самые интересные из полученных данных касаются дофаминовой системы. Мы увидели, что экспрессия её ключевых генов снижается после месяца нахождения на орбите. Это результат, с одной стороны, интересный, а с другой — в некоторой степени тревожный. Он говорит о том, что дофаминовая система мозга, которая в норме отвечает за тонкую координацию действий, и вообще — за контроль движений, как бы деградирует. В долгосрочной перспективе подобное изменение может привести к развитию паркинсоноподобного состояния. Потому что, если у вас уменьшается экспрессия фермента, синтезирующего дофамин, то снижается и уровень самого нейромедиатора, и в конечном итоге развивается двигательный дефицит», — рассказал Антон Цыбко.
У дофаминовой системы две функции. Первое — это положительное подкрепление, то есть, получение человеком удовольствия. Второе — контроль движения. Большая часть дофаминовых нейронов находятся в части мозга, отвечающей за координацию и мелкую моторику. Когда развивается болезнь Паркинсона, умирают нейроны, возникает серьёзный дефицит дофамина, и развиваются все негативные симптомы болезни, при которых человек не может контролировать свои движения.
Учёные выяснили, что в космосе нейроны начинают «отключаться» именно из-за невесомости. Поскольку нагрузки на конечности нет, мозг не получает от них сигналов и решает, что больше не нужно поддерживать систему так хорошо, будто щёлкаются тумблеры «это нам не надо, и это тоже, и это». В результате даже на уровне экспрессии генов наблюдается уменьшение активности, говорится в материале.
«Такой физиологический механизм мы отчасти представляли себе, но никто не мог предположить, что всё настолько серьёзно. Думали, никаких важных молекулярных изменений состояние невесомости вызвать не способно. Потом считалось: повреждения могут случаться, но лишь в отдельных клетках... Но сейчас ясно, таким воздействиям подвержены не только костная и мышечная, но и нервная ткань. Это свидетельствует о том, что система перестраивается на глубинном уровне», — сказал учёный.
Однако такие изменения происходят, только если человек или животное совсем не будет двигаться в космосе, в то время как космонавты на орбите специально занимаются физическими упражнениями по четыре часа.
Если пробыть на орбите хотя бы две недели и не выполнять никаких специальных физических упражнений, то по возвращении на Землю состояние человека оказывается очень тяжёлым, и ему требуется долгая реабилитация.
«Дофаминовая система — это ещё не всё. Некоторые серьёзные изменения мы нашли в гипоталамусе — крайне важной структуре мозга, где синтезируются так называемые рилизинг-факторы — гормоны, которые регулируют синтез других гормонов в гипофизе. Здесь также были обнаружены признаки апоптоза (программируемого клеточного „самоубийства“)», — добавил биолог.
Эксперименты, моделирующие состояние невесомости показали, что апоптоз клеток действительно усиливается.
В результате у человека ухудшается метаболизм и нарушаются другие процессы в организме, что в условиях космоса может иметь крайне негативные последствия.
Однако, по словам учёных, изменения не фатальные, а физическая нагрузка полностью препятствует их появлению. У животных двигательная активность восстанавливается за неделю. Уровень серотонина и дофамина возвращается к норме довольно быстро. В течение месяца нейродегенерация произойти не успевает. Запустить же мышей в космос на большее время пока ещё проблематично.
На сегодняшний день эксперимент «Бион-М1» завершён. В ближайшие годы должен быть запущен «Бион-М2».
Ранее исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выявили взаимосвязь уровня экспрессии белков в крови и нарушений психического здоровья человека.
Подпишитесь на нас в Telegram
