В условиях микрогравитации уровень копировальных ошибок в ДНК заметно повышается.
![]()
Фото из открытых источников
Мутации в ДНК появляются по разным причинам. Например, из-за высокоэнергетического излучения, повреждающего генетические буквы — азотистые основания, которые входят в состав ДНК и которые образуют генетический код. Космические лучи легко повреждают ДНК, а защититься от них полностью не так уж просто: если говорить, например, о Международной космической станции (МКС), то несмотря на всю защиту, уровень радиации на ней примерно в сто раз выше, чем на Земле.
Но космическое излучение не единственное, что может вызвать мутации в условиях космоса. Как известно, даже без всяких мутагенных факторов в ДНК при каждом копировании появляются ошибки — просто потому, что копирующие ферменты (ДНК-полимеразы) работают не со стопроцентной точностью. То есть при делении у дочерних клеток в ДНК появятся какие-то небольшие отличия от материнской клетки.
Оказывается, на точность копирующих ферментов влияет сила тяжести — по крайней мере, на бактериальную ДНК-полимеразу она точно влияет. Сотрудники Университета Торонто и Университета Куинс в Кингстоне поставили эксперимент в реактивном самолёте Dassault Falcon 20, который летел по параболе: набрав восьмикилометровую высоту, он начинал свободное падение, снижаясь на 3,3 км за 20 секунд. Те, кто находился на борту, чувствовали невесомость, или, говоря более корректно, оказывались в условиях микрогравитации. У экспериментаторов был с собой особый аппарат, в котором в полуавтоматическом режиме можно было провести копирование (репликацию) фрагмента ДНК длиной в 1000 нуклеотидов.
ДНК удваивала ДНК-полимераза из кишечной палочки, и, как говорится в статье в Frontiers in Cell and Developmental Biology, в условиях микрогравитации она делала заметно больше ошибок, чем в нормальных условиях. Процент мутаций, когда копирующий фермент ставит в ДНК не ту генетическую букву, возрастал на 10–140%. Также ДНК-полимераза порой вообще забывала вставить букву в синтезирующуюся цепь ДНК, а порой, наоборот, вставляла одну, две или три лишние буквы. Правда, у ДНК-полимераз есть функция проверки собственных ошибок, и самое большое число мутаций возникало тогда, когда эту функцию у подопытной полимеразы отключали.
Жизнь эволюционировала под постоянным действием земной силы тяжести, что, очевидно, сказалось на всех уровнях организации живых организмов, вплоть до молекул. Однако как именно ДНК-копировальные машины чувствуют гравитацию, пока непонятно, и также непонятно, насколько это опасно для космонавтов — всё-таки наши клетки и молекулярные процессы устроены во многом иначе, чем у бактерий. В то же время, всё может быть не так и страшно: в клетках есть специальные ремонтные службы, которые исправляют мутации, причём делают они это настолько хорошо, что побывавшие на орбите сперматозоиды остаются способны к оплодотворению и дают начало вполне здоровым эмбрионам.
