Maussperma ging in den Weltraum und produzierte gesunde Mäuse

Angesichts der geplanten Missionen zum Mars und der Pläne, in den kommenden Jahrzehnten Außenposten auf dem Mond zu errichten, gibt es mehrere Fragen, welche Auswirkungen die Zeit im Weltraum oder auf anderen Planeten auf den menschlichen Körper haben könnte. Über das normale Spektrum an Fragen zu den Auswirkungen von Strahlung und niedrigerem G auf unsere Muskeln, Knochen und Organe hinaus stellt sich auch die Frage, wie sich die Raumfahrt auf unsere Fortpflanzungsfähigkeit auswirken könnte.

Anfang dieser Woche – am Montag, den 22. Mai – gab ein Team japanischer Forscher Ergebnisse bekannt, die Licht in diese Frage bringen könnten. Mit einer Probe gefriergetrockneter Mausspermien konnte das Team einen Wurf gesunder Babymäuse produzieren. Im Rahmen einer Fertilitätsstudie hatte das Maussperma neun Monate an Bord der Internationalen Raumstation verbracht (zwischen 2013 und 2014). Die eigentliche Frage ist nun, ob dies auch für menschliche Babys möglich ist.

Die Studie wurde von einem studentischen Forscher am Advanced Biotechnology Center der Universität von Yamanashi geleitet. Wie sie und ihre Kollegen in ihrer Studie erklären – die kürzlich in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften – Eine assistierte Reproduktionstechnologie wird benötigt, wenn die Menschheit jemals beabsichtigt, langfristig im Weltraum zu leben.

Daher sind zunächst Studien erforderlich, die sich mit den Auswirkungen des Lebens im Weltraum auf die menschliche Fortpflanzung befassen. Diese müssen sich mit den Auswirkungen befassen, die die Mikrogravitation (oder die niedrige Schwerkraft) auf die Fruchtbarkeit, die menschlichen Empfängnisfähigkeiten und die Entwicklung von Kindern haben könnte. Und was noch wichtiger ist, sie müssen sich mit einer der größten Gefahren befassen, Zeit im Weltraum zu verbringen – der Bedrohung durch Sonnen- und kosmische Strahlung.

Um fair zu sein, muss man nicht weit gehen, um die Auswirkungen der Weltraumstrahlung zu spüren. Die ISS erhält regelmäßig mehr als das 100-fache der Strahlungsmenge, die die Erdoberfläche erzeugt. Dies kann zu genetischen Schäden führen, wenn keine ausreichenden Sicherheitsvorkehrungen getroffen wurden. Bei anderen Sonnenkörpern – wie Mars und Mond, die keine schützende Magnetosphäre haben – ist die Situation ähnlich.

Und während die Auswirkungen der Strahlung auf Erwachsene ausführlich untersucht wurden, ist der potenzielle Schaden, der unseren Nachkommen zugefügt werden könnte, nicht vorhanden. Wie könnte sich Sonnen- und kosmische Strahlung auf unsere Fortpflanzungsfähigkeit auswirken, und wie könnte sich diese Strahlung auf Kinder auswirken, wenn sie sich noch im Mutterleib befinden und sobald sie geboren sind? In der Hoffnung, die ersten Schritte zur Beantwortung dieser Fragen zu unternehmen, wählten Wakayama und ihre Kollegen die Spermien von Mäusen aus.

Sie haben sich speziell für Mäuse entschieden, da sie eine Säugetierart sind, die sich sexuell vermehrt. Wie Sayaka Wakayama das Space Magazine per E-Mail erklärte:

„Bisher wurden nur Fische oder Salamander auf Fortpflanzung im Weltraum untersucht. Säugetierarten unterscheiden sich jedoch stark von solchen Arten, z. B. von einer Mutter geboren (Viviparität). Um zu wissen, ob eine Reproduktion von Säugetieren möglich ist oder nicht, müssen wir Säugetierspezies für Experimente verwenden. Säugetierarten wie Mäuse oder Ratten sind jedoch sehr empfindlich und für Astronauten an Bord der ISS schwer zu pflegen, insbesondere für eine Reproduktionsstudie. Daher haben wir [diese Studien nicht durchgeführt] bis jetzt. Wir planen weitere Experimente wie den Effekt der Mikrogravitation auf die Embryonalentwicklung. “

Die Proben verbrachten neun Monate an Bord der ISS. Während dieser Zeit wurden sie auf einer konstanten Temperatur von -95 ° C (-139 ° F) gehalten. Während des Starts und der Wiederherstellung hatten sie jedoch Raumtemperatur. Nach dem Wiederauffinden stellten Wakayama und ihr Team fest, dass die Proben geringfügige Schäden erlitten hatten.

"Im Weltraum konservierte Spermien hatten bereits nach 9 Monaten durch Weltraumstrahlung DNA-Schäden", sagte Wakayama. „Dieser Schaden war jedoch nicht stark und konnte repariert werden, wenn er durch die Kapazität der Eizellen befruchtet wurde. Daher konnten wir normale, gesunde Nachkommen bekommen. Dies legt für mich nahe, dass wir den Effekt untersuchen müssen, wenn Spermien für längere Zeiträume aufbewahrt werden. “

Die Spermaproben waren nicht nur reparabel, sondern konnten auch Mausembryonen befruchten (sobald sie wieder auf die Erde gebracht wurden) und Mausnachkommen hervorbringen, die alle bis zur Reife wuchsen und normale Fruchtbarkeitsniveaus zeigten. Sie stellten auch fest, dass die Befruchtungs- und Geburtenraten denen der Kontrollgruppen ähnlich waren und dass nur geringfügige genomische Unterschiede zwischen diesen und der mit den Testspermien erzeugten Maus bestanden.

Aus all dem haben sie gezeigt, dass die Exposition gegenüber Weltraumstrahlung zwar die DNA schädigen kann, die Produktion lebensfähiger Nachkommen jedoch nicht beeinträchtigen muss (mindestens innerhalb von neun Monaten). Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Menschen und Haustiere aus weltraumkonservierten Spermien hergestellt werden könnten, was für die Besiedlung des Weltraums und anderer Planeten von großem Nutzen sein könnte.

Wie Wakayama es ausdrückte, baut diese Forschung auf bereits auf der Erde etablierten Befruchtungspraktiken auf und zeigte, dass dieselben Praktiken im Weltraum angewendet werden können:

„Unser Hauptthema ist die Fortpflanzung von Haustieren. In der gegenwärtigen Situation am Boden werden viele Tiere aus konservierten Spermatozoen geboren. Insbesondere in Japan wurden 100% der Milchkühe aus wirtschaftlichen und züchtenden Gründen aus konserviertem Sperma geboren. Manchmal wurden Spermien, die länger als 10 Jahre gelagert wurden, zur Herstellung von Kühen verwendet. Wenn Menschen viele Jahre im Weltraum leben, haben unsere Ergebnisse gezeigt, dass wir im Weltraum Beefsteak essen können. Zu diesem Zweck haben wir diese Studie durchgeführt. Für den Menschen wird unser Befund wahrscheinlich unfruchtbaren Paaren helfen. “

Diese Forschung ebnet auch den Weg für zusätzliche Tests, mit denen die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf Eizellen und das weibliche Fortpflanzungssystem gemessen werden sollen. Diese Tests konnten uns nicht nur viel darüber sagen, wie sich Zeit im Weltraum auf die Fruchtbarkeit von Frauen auswirken kann, sondern auch schwerwiegende Auswirkungen auf die Sicherheit von Astronauten haben. Wie Ulrike Luderer, Professorin für Medizin an der University of California und eine der Mitautoren des Papiers, in einer Erklärung gegenüber der AFP sagte:

„Diese Exposition kann zu frühem Ovarialversagen und Eierstockkrebs sowie zu anderen Osteoporosen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurokognitiven Erkrankungen wie Alzheimer führen. Die Hälfte der Astronauten in den neuen Astronautenklassen der NASA sind Frauen. Es ist daher sehr wichtig zu wissen, welche chronischen Auswirkungen auf die Gesundheit Frauen haben können, die einer langfristigen Weltraumstrahlung ausgesetzt sind. “

Ein anhaltendes Problem bei solchen Tests besteht jedoch darin, zwischen den Auswirkungen der Mikrogravitation und der Strahlung unterscheiden zu können. In der Vergangenheit wurden Untersuchungen durchgeführt, die zeigten, wie die Exposition gegenüber simulierter Mikrogravitation die DNA-Reparaturkapazität verringern und beim Menschen DNA-Schäden verursachen kann. Andere Studien haben das Problem des Zusammenspiels zwischen beiden aufgeworfen und wie weitere Experimente erforderlich sind, um die genauen Auswirkungen der einzelnen zu untersuchen.

In Zukunft könnte es möglich sein, zwischen beiden zu unterscheiden, indem Proben von Spermatazoen und Eizellen in einen Torus gelegt werden, der die Erdgravitation simulieren kann (1) G). In ähnlicher Weise könnten abgeschirmte Module verwendet werden, um die Auswirkungen einer geringen oder sogar Mikrogravitation zu isolieren. Darüber hinaus wird es wahrscheinlich anhaltende Unsicherheiten geben, bis Babys tatsächlich im Weltraum oder in einer Mond- oder Marsumgebung geboren werden.

Und natürlich bleibt abzuwarten, wie sich die verringerte Schwerkraft und Strahlung langfristig auf die menschliche Evolution auswirken. Höchstwahrscheinlich wird dies für kommende Generationen nicht klar und erfordert generationenübergreifende Studien von Kindern, die von der Erde weg geboren wurden, um zu sehen, wie sie und ihre Nachkommen sich unterscheiden.

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