Σκουλήκι από την Κρήτη στέλνει στο διάστημα το ΙΤΕ

Για πρώτη φορά η Κρήτη πάει στο διάστημα χάρη στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας, το ΙΤΕ, το οποίο έχει να επιτελέσει έναν κρίσιμο στόχο που θα ανοίξει τον δρόμο για τις μελλοντικές επανδρωμένες πτήσεις. Το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας του ΙΤΕ επιστρατεύει ως “αστροναύτη” ένα σκουλήκι, το νηματώδες “Καινοραβδίτης ο κομψός” (Caenorhabditis elegans ή εν συντομία C. elegans), το οποίο θα ταξιδέψει στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, τον ISS, θα μείνει στο τροχιακό εργαστήριο μέχρι την αναπαραγωγή του και οι προνύμφες του θα επιστρέψουν στη Γη.

Η αποστολή αυτή αποτελεί μια κορυφαία διεθνή προσπάθεια στην οποία μετέχει το ΙΜΒΒ του ΙΤΕ, έχοντας ως στόχο να μελετήσει πώς η έλλειψη βαρύτητας στο διάστημα επηρεάζει το μυϊκό σύστημα και τη φυσική κατάσταση του οργανισμού. Η σημασία αυτού του πειράματος, πέρα από το αυτονόητο, γίνεται ακόμα πιο μεγάλη για το ΙΤΕ και την Κρήτη, καθώς είναι η πρώτη φορά που ελληνικό ερευνητικό Ίδρυμα συμμετέχει σε βιοϊατρική μελέτη, στο πλαίσιο διεθνούς διαστημικής αποστολής.

Το καινοτόμο αυτό διεθνές πείραμα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό συντονίζεται από τον δρ. Tim Etheridge του Πανεπιστήμιου Exeter και τον καθηγητή Nate Szewczyk του Πανεπιστήμιου Nottingham της Μεγάλης Βρετανίας. Από ελληνικής πλευράς συμμετέχει η ερευνητική ομάδα του πρόεδρου του ΙΤΕ, διευθυντή Ερευνών στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας και καθηγητή της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Κρήτης, Νεκτάριου Ταβερναράκη, ενώ τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας αποτελούνται από τον καθηγητή Atsushi Higashitani του Πανεπιστήμιου Tohoku από την Ιαπωνία, την καθηγήτρια Monica Driscoll του Πανεπιστήμιου Rutgers από τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, και από τον καθηγητή Jin Lee του Πανεπιστήμιου Yonsei από τη Νότια Κορέα.

Χρησιμοποιώντας τον “αστροναύτη” C. Elegans, οι επιστήμονες θα μελετήσουν τις βιολογικές επιπτώσεις της μακροχρόνιας παραμονής στο διάστημα, εστιάζοντας σε σημαντικά ερωτήματα: όπως τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζονται οι ιστοί και τα κύτταρα ενός οργανισμού μετά από παρατεταμένη έκθεση σε συνθήκες μικροβαρύτητας ή το πώς επιδρά η έλλειψη βαρύτητας στη μυϊκή και νευρωνική μορφολογία και λειτουργία, ποιοι μηχανισμοί είναι υπεύθυνοι για την απώλεια μυϊκής μάζας που παρατηρείται σε αστροναύτες μετά από μακρόχρονη παραμονή στο διάστημα, και τι επίδραση έχουν οι συνθήκες έλλειψης βαρύτητας και η κοσμική ακτινοβολία στη διαδικασία της γήρανσης.

Οι ερωτήσεις αυτές έχουν μεγάλη σημασία, καθώς από τις απαντήσεις που θα δοθούν θα διαμορφωθούν οι συνθήκες που θα επιστρέψουν στους αστροναύτες να μένουν περισσότερο χρόνο στο διάστημα χωρίς κινδύνους για την υγεία τους και κυρίως θα ανοίξει ο δρόμος για τις μελλοντικές επανδρωμένες αποστολές στον Άρη και ίσως ακόμη παραπέρα. Είναι γνωστές άλλωστε οι συνέπειες στην υγεία των αστροναυτών που παραμένουν για καιρό σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας.

Το διάστημα είναι ένα ακραίο περιβάλλον, για το οποίο το ανθρώπινο σώμα δεν μπορεί να αντεπεξέλθει χωρίς συνέπειες μετά από καιρό. Η μετατόπιση των υγρών στην περιοχή του κεφαλιού και η απώλεια μυϊκής μάζας αποτελούν τις πιο γνωστές από αυτές. Ειδικά για το τελευταίο πρόβλημα έχει διαπιστωθεί ότι οι αστροναύτες χάνουν μέχρι και το 40% της μυϊκής τους μάζας μετά από παραμονή έξι μηνών στο διάστημα. Αυτή η απώλεια μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στην ομαλή ζωή τους σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας και να απειλήσει τη ζωή τους σε μεγαλύτερες σε διάρκεια αποστολές. Η κατανόηση των αιτιών της απώλειας μυϊκής μάζας στο διάστημα και η χρησιμοποίηση αυτής της γνώσης για να βρεθούν αποτελεσματικές θεραπείες είναι καθοριστικής σημασίας για το μέλλον των διαστημικών αποστολών.

Το πείραμα

Η διεθνής αυτή προσπάθεια θα ξεκινήσει με την αποστολή του βιολογικού υλικού στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό με προγραμματισμένη εκτόξευση από το Διαστημικό Κέντρο “Κένεντι” των Ηνωμένων Πολιτειών στις 18 Νοεμβρίου. Τα δείγματα του νηματώδους Caenorhabditis elegans θα ταξιδέψουν μέσα σε ειδικούς σάκους που θα περιέχουν οξυγόνο, με προορισμό τον ISS, όπου θα παραμείνουν μέχρι την αναπαραγωγή τους. Οι ανθεκτικές προνύμφες θα καταψυχθούν στους -80oC και θα ξεκινήσει το ταξίδι της επιστροφής τους στη Γη, προκειμένου να μελετηθούν από τους ερευνητές ως προς τις μεταβολές που θα έχουν υποστεί στο νευρικό και μυϊκό τους σύστημα. Η φιλοδοξία των επιστημόνων είναι ότι αυτό το πείραμα θα δώσει τις απαντήσεις που ψάχνουν μελετώντας τις επιπτώσεις των διαστημικών συνθηκών στον ανθρώπινο οργανισμό και κατ’ επέκταση σχετικά με τη μακρόχρονη παραμονή του ανθρώπου στο διάστημα.

Ο “Καινοραβδίτης ο κομψός”

Ο “Καινοραβδίτης ο κομψός” ή Caenorhabditis elegans, παρά το μικρό του μέγεθος, έχει πολλά να προσφέρει στην επιστήμη. Διαθέτει μύες όπως ο άνθρωπος, νεύρα, εντερικό και κυκλοφοριακό σύστημα, γεγονός που τον καθιστά ιδανικό πειραματόζωο. Επίσης, όπως ο ανθρώπινος οργανισμός, μετατρέπει την τροφή σε ενέργεια, ενώ πολλές μοριακές και μεταβολικές διεργασίες είναι κοινές σε εμάς και στα σκουλήκια. Ενδεικτικά, όπως αναφέρεται στην ιστοσελίδα του πειράματος, οι άνθρωποι έχουν περίπου 25.000 γονίδια και τα σκουλήκια περίπου 19.000, με πάνω από το 80% από αυτά να είναι κοινά. Αξίζει να σημειωθεί ότι δεν είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιείται ο C. elegans σε πειράματα κορυφαίας σημασίας, τα οποία έχουν οδηγήσει σε σημαντικές ανακαλύψεις, που έφτασαν ως το Νόμπελ.

Τα σκουλήκια αυτά είναι μικροί διαφανείς πολυκύτταροι οργανισμοί μήκους 1 χιλιοστού. Έχουν δύο φύλα, το αρσενικό και το αυτογονιμοποιούμενο ερμαφρόδιτο. Ένα ερμαφρόδιτο μπορεί να δώσει 300-350 απογόνους, ενώ το είδος έχει μικρό κύκλο ζωής: Απαιτούνται 3 ημέρες για να φτάσουν τα αβγά σε ενηλικίωση, ενώ τα C. elegans ζουν για 2-3 εβδομάδες.

Αξίζει να σημειωθεί ότι ο νηματώδης C. elegans είναι παλιός… γνώριμος για το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ, καθώς έχει “πρωταγωνιστήσει” σε πολλές μελέτες, κυρίως εκείνες που αφορούν στη μάχη κατά των γηρατειών και των νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Με δεδομένο τον μικρό κύκλο ζωής, η επιλογή του C. elegans για το συγκεκριμένο πείραμα στον ISS ήταν η ιδανική, καθώς προσφέρει την πολυτέλεια στους επιστήμονες να εξετάσουν τις συνέπειες στον οργανισμό τους από την έλλειψη βαρύτητας σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα.

Οι εκπρόσωποι του ζωικού βασιλείου στο διάστημα

Ο νηματώδης C. elegans είναι ένας από τους πολλούς εκπροσώπους του ζωικού βασιλείου που έχουν ταξιδέψει στο διάστημα από την έναρξη της συγκλονιστικής αυτής εποποιίας ήδη από τη δεκαετία του ’50. Αν μας ρωτούσε κανείς, οι περισσότεροι θα απαντούσαμε σχεδόν αυτόματα ότι το πρώτο ζώο που βρέθηκε σε τροχιά ήταν η σκυλίτσα Λάικα, η οποία ταξίδεψε στο διάστημα με ένα σοβιετικό πύραυλο Sputnik 2 στα 1957. Όμως στην πραγματικότητα ο πρώτος διαστημικός ταξιδιώτης ήταν… μύγες φρούτων που εκτοξεύτηκαν στο μακρινό 1947. Οι πιο διάσημοι πάντως ήταν η Λάικα και το 1961 ο χιμπατζής Χαμ.

Υπήρξαν και συνεχίζουν να υπάρχουν, όμως, ακόμα πολλοί άσημοι εκπρόσωποι του ζωικού βασιλείου που ταξίδεψαν στο διάστημα, αρχικά για να εξεταστούν οι κίνδυνοι των διαστημικών πτήσεων για τους ανθρώπους και στη συνέχεια για μια πληθώρα πειραμάτων που σχετίζονται με τη ζωή σε δύσκολες και επικίνδυνες συνθήκες, όπως εκείνες του διαστήματος, αλλά και για πλείστους όσους σκοπούς, όπως τη μάχη για την καταπολέμηση πολλών ασθενειών. Έως σήμερα επτά συνολικά χώρες έχουν εντάξει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο ζώα στο διαστημικό τους πρόγραμμα, και πιο συγκεκριμένα η Σοβιετική Ένωση, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Γαλλία, η Αργεντινή, η Κίνα, η Ιαπωνία και το Ιράν. Εκτός από τη Λάικα και τον Χάμ, στο διάστημα έχουν ταξιδέψει κι άλλοι πίθηκοι, καθώς και σκύλοι από Αμερικανούς και τότε Σοβιετικούς, ενώ σε πειράματα έχουν συμμετάσχει πολλά έντομα, αράχνες, μυρμήγκια, χελώνες, ποντίκια, λαγοί κ.ά. Δύο χελώνες, μάλιστα, και μια ποικιλία από έντομα ήταν οι πρώτοι κάτοικοι της Γης που βρέθηκαν σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη το 1968. Τα πιο πρόσφατα ζώα που ταξίδεψαν στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ήταν 20 ποντίκια, τα οποία εκτοξεύτηκαν από τη Φλόριντα στις 29 Ιουνίου 2018, με έναν πύραυλο SpaceX Dragon. Τα ποντίκια έσπασαν το ρεκόρ ταξιδιού εκτός Γης για το συγκεκριμένο είδος και η αποστολή τους είχε ως στόχο να μελετηθούν οι επιδράσεις στον ύπνο από το στρες της παραμονής στο διάστημα.

Κάθε 45 λεπτά μια ανατολή ή δύση του Ήλιου

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (International Space Station‎, ISS) που θα φιλοξενήσει το φιλόδοξο αυτό πείραμα με τη συμμετοχή του ΙΤΕ, δεν αποτελεί μόνο ένα τολμηρό εγχείρημα που ανοίγει νέους δρόμους στην εξερεύνηση του διαστήματος και ένα σκαλοπάτι για το επόμενο μεγάλο βήμα που αποτελούν η επιστροφή στη Σελήνη και οι επανδρωμένες πτήσεις στον Άρη, αλλά και έναν σταθμό σε κάθε τομέα της επιστήμης. Δεν αποκαλείται τυχαία τροχιακό εργαστήριο, καθώς στον ISS λαμβάνουν χώρα πολλά πειράματα που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα από τη Βιολογία ως τη Γενετική και τη Φυσική και από τη Γεωργία ως τη Μετεωρολογία.

Ο ISS αποτελεί έναν ερευνητικό σταθμό σε τροχιά γύρω από τη Γη, καρπό ενός κοινού προγράμματος της Αμερικανικής και της Ρωσικής Διαστημικής Υπηρεσίας, NASA και Roscosmos αντίστοιχα, της Ιαπωνικής JAXA, της Καναδέζικης CSA και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, της ESA. Ο σταθμός ξεκίνησε να συναρμολογείται το 1998, ενώ το πρώτο πλήρωμα εγκαταστάθηκε στο τροχιακό εργαστήρι στις 2 Νοεμβρίου 2000. Έκτοτε ο ISS κατοικείται διαρκώς με εναλλασσόμενα πληρώματα, ενώ την τροφοδοσία του και τη μεταφορά των αστροναυτών και κοσμοναυτών, μετά την απόσυρση των αμερικανικών διαστημικών λεωφορείων, έχουν αναλάβει κυρίως τα ρωσικά “Σογιούζ” και “Προγκρές”.

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός κινείται με μέση ταχύτητα ως προς την επιφάνεια της Γης 27.744 χιλιόμετρα ανά ώρα, συμπληρώνοντας 15,7 περιφορές την ημέρα, με την απόστασή του από τη Γη να κυμαίνεται μεταξύ 370 και 409,5 χιλιομέτρων. Η περίοδος τροχιάς του γύρω από τη Γη είναι μία φορά κάθε 90 λεπτά, με αποτέλεσμα οι ένοικοι του ISS να απολαμβάνουν κάθε 45 λεπτά περίπου μία ανατολή ή δύση του Ήλιου.

Το τροχιακό εργαστήριο είναι ορατό διά γυμνού οφθαλμού από τη Γη ως ένα εξαιρετικά λαμπερό ουράνιο αντικείμενο και αποτελεί το δεύτερο πιο φωτεινό μετά τη Σελήνη. Μάλιστα είναι ορατό και από την Κρήτη σε συγκεκριμένα χρονικά “παράθυρα”, τα οποία οι ενδιαφερόμενοι μπορούν να πληροφορηθούν μέσω ειδικών εφαρμογών ή των σελίδων των διαστημικών υπηρεσιών που μετέχουν στο φιλόδοξο εγχείρημα.