Ze zemského povrchu to tak úplně nevypadá, ale když astronauté žijí na oběžné dráze, je to pro ně a pro jejich těla velmi náročné. Pobyt v prostředí s mikrogravitací vede k řadě změn v organismu, včetně oslabování svalů a kostí. Pro Mezinárodní vesmírnou stanici ISS, kde astronauté trvale pobývají už od roku 2000, mají k dispozici speciální tréninkové programy a zařízení.
Pokud ale lidé vyrazí k dalším planetám a tělesům Sluneční soustavy, tak dosavadní postupy možná nebudou stačit k tomu, aby si udrželi kondici. Zároveň jsou v podobné situaci i mnozí lidé na Zemi, kteří jsou z různých důvodů méně či více nepohybliví. Také oni přicházejí o podstatnou část hmoty svalů a kostí. Svalová atrofie a řídnutí kostí představují nebezpečné komplikace, které dále ohrožují stav pacienta. Bylo by skvělé, kdyby existovala efektivní léčba nebo postup, který by dokázal zajistit kondici svalům a kostem lidem ve vesmíru i na Zemi.
Genetici na tom pracují. Stav svalů a kostí ovlivňuje systém vyvážených regulací. Ten je ovšem nastavený pro člověka, stejně jako pro další druhy živočichů, co normálně chodí po Zemi. Proto se teď odborníci snaží do tohoto systému zasáhnout, aby zlepšili situaci lidí, kterým nepomáhá, nýbrž škodí.
Jedním z proteinů, o které se v tomto případě genetici zajímají, je myostatin (MSTN). Podílí se na systému vyvažování svalů a kostí jako brzda. Myostatin je vlastně růstový faktor ze skupiny takzvaných myokinů, který produkují svalové buňky – myocyty. Svým působením myostatin potlačuje růst a dospívání svalových buněk.
Pokud je myostatin „vypnut“, tak to vede k nárůstu svalové hmoty. Lidé, kteří se narodili se vzácnou mutací, buď přímo myostatinu, nebo receptoru pro myostatin, mají velké množství svalové hmoty a jsou podstatně silnější než jejich vrstevníci. Genetici před časem vytvořili GM myši s vypnutým myostatinem, kterým se přezdívá „Mighty Mice“ – střízlivě přeloženo tedy „silné myši“. My budeme používat výraz „silomyši“ prostě proto, že můžeme.
Tyto GM myši jsou na první pohled nápadné velkým množstvím narostlé svalové hmoty. Jak by si asi takové myši vedly na oběžné dráze? A pomohlo by vypnutí myostatinu i myším, které doposud žily bez této změny?
Dramatický efekt „vypnutí“ myostatinu je možné pozorovat i bez genetických modifikací. Na snímku je dvojitě osvalený býk plemene Belgian Blue, které bylo do tohoto extrému vyšlechtěno dlouhodobou selekcí. Shodou okolností prostě u jednoho předků tohoto plemene došlo k mutaci v genu pro tvorbu myostatinu, která má v důsledku podobný efekt jako jeho umělé vyřazení genetickou modifikací.
Myši letí
Tým, který vedl Se-Jin Lee z amerických výzkumných laboratoří Jackson Laboratory, se to rozhodl zjistit. Poslal „silomyši“ do vesmíru. Když 5. prosince 2019 startovala zásobovací mise SpaceX CRS-19, tak měla na palubě celkem 40 myší. Ty strávily 33 dní na Mezinárodní vesmírné stanici a 7. ledna 2020 přistály zpět na Zemi.
Byly mezi nimi normální laboratorní myši, „silomyši“ a pak myši, které dostaly látku zvanou ACVR2B/Fc, která je schopná „vypnout“ myostatin. Shodné skupiny myší zůstaly i na Zemi, aby vědci měli co porovnávat.
Nedávno zveřejněné výsledky experimentu jsou velmi zajímavé. Ukázalo se například, že si „silomyši“ svou přezdívku opravdu zaslouží. V mikrogravitaci si víceméně udržely slušnou kondici. Naproti tomu normální myši, stejně jako astronauté, ztratily na oběžné dráze nemalou část hmoty svalů a kostí. Ostře sledované byly především myši, kterým byla podána látka ACVR2B/Fc. Tato látka vypíná nejen myostatin, ale také aktivin A, další protein, který brzdí růst svalové hmoty a kostí.
Dřívější výzkum, který probíhal normálně na zemském povrchu, ukázal, že podávání látky ACVR2B/Fc vede u myší k nárůstu svalové i kostní hmoty. Lee a jeho kolegové zjistili, že látka ACVR2B/Fc má i výrazný ochranný efekt pro svaly a kosti myší, které se ocitnou v prostředí mikrogravitace.
Příklad GM opingu „vypnutím“ genů pro tvorbu myostatinu. Whippet s dvěma „špatnými“ kopiemi genu pro tvorbu této bílkoviny ve srovnání s běžným zvířetem tohoto druhu.
Normální myši, které pobývaly na palubě Mezinárodní vesmírné stanice, ztratily ve srovnání se svými „kolegyněmi“ na Zemi 8 až 18 procent hmotnosti u jednotlivých svalů a až 11 procent hustoty kostí, která vyjadřuje míru mineralizace kostní tkáně (BMD, bone mineral density). „Silomyši“ si na oběžné dráze udržely podobně mohutnou svalovou tkáň jako stejně upravená zvířata ze skupiny, která pro kontrolu zůstala na Zemi.
Myši, kterým byla podána látka ACVR2B/Fc, nabraly na oběžné dráze na tělesné hmotnosti, dokonce více než myši, které dostaly tuto látku na Zemi. Na oběžné dráze si nejen udržely svalovou hmotu, dokonce jim i nějaká přibyla. Pozoruhodné je, že tato látka způsobila i nárůst hustoty kostí jak u myší na oběžné dráze, tak i u myší na Zemi. Analýza struktury kostí těchto myší následně potvrdila, že látka ACVR2B/Fc, blokující myostatin a aktivin A, skutečně chrání příslušné tkáně v prostředí mikrogravitace.
Součástí výzkumu byly i rozsáhlé molekulární analýzy, které přivedly vědce k závěru, že u myší, jimž byla podána látka ACVR2B/Fc, dochází k podstatným změnám hladiny řady proteinů i exprese řady genů, jak na oběžné dráze, tak i na Zemi. Tyto výsledky ukazují, jakým způsobem vlastně látka ACVR2B/Fc zasahuje tvorbu svalů a kostí. Od těchto zjištění bude možné odvodit možné léčebné a preventivní postupy, jak pro astronauty ve vesmíru, tak i pro lidi s omezenou pohyblivostí na Zemi.
