Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Полиген
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Выявление генотипических особенностей, определяющих различия устойчивости биологических объектов к факторам длительного космического полета (исследования на плодовой мушке «Drosophila melanogaster»)
Цель эксперимента:

Поиск генетических критериев идентификации живых организмов, обладающих максимальной устойчивостью к условиям космического полета путём исследования связей между параметрами приспособленности популяций плодовой мушки Drosophila melanogaster и их генетической структурой. Задачами эксперимента «Полиген» являются: Отбор популяций Drosophila melanogasterr, генофонды которых соответствуют требованиям эксперимента. Культивирование на борту РС МКС D.melanogaster; различающихся по генотипам систем репарации ДНК. Исследование влияния условий космического полета на темпы мутационного процесса в популяциях плодовой мушки Drosophila melanogaster с различной структурой генофонда. Исследование частоты доминантных летальных мутаций и признаков (показателей) флуктуирующей асимметрии в лётных и контрольных наземных популяциях Drosophila melanogaster. Исследование генетической структуры и биологических параметров послеполетных и контрольных популяций Drosophila melanogaster. Сопоставление основных генетических характеристик популяций Drosophila melanogaster и биологических параметров с привлечением статистического анализа.

Описание эксперимента:

В пилотируемой космонавтике на протяжении нескольких лет отчетливо проявляется тенденция к увеличению числа лиц, осуществляющих космические полеты, при все более широком привлечении специалистов по полезной нагрузке. Отсюда вытекает необходимость использования в отборе кандидатов для участия в космических экспедициях новых эффективных методов прогнозирования переносимости условий космического полета. Анализ генотипов позволяет получать прямую информацию о наследственно обусловленных особенностях того или иного индивидуума.

Генетическая детеминированность индивидуальной устойчивости биологических объектов к неблагоприятным условиям среды не вызывает сомнения, однако даже в результате расшифровки структуры большинства генов, содержащихся в хромосомном аппарате человека, не были получены инструменты, с помощью которых можно было бы оценивать адаптационные возможности индивидуума. Один из наиболее перспективных путей решения этой проблемы состоит в применении подходов, разработанных в популяционной генетике. Для проведения экспериментов с модельными организмами был выбран классический объект генетических исследований – плодовая мушка дрозофила. Воздействию условий космического полета подвергают несколько популяций с известными генофондами. После возвращения на Землю в полетных популяциях и контрольных популяциях, находившихся в лабораторных условиях, определяют показатели приспособленности (продолжительность жизни, плодовитость, темп смены поколений) и показатели, отражающие устойчивость генетического аппарата. На основании анализа полученных биологических и генетических параметров предполагается получить интегральные характеристики структуры генофондов, связанных с устойчивостью к воздействию комплекса факторов космического полета.

Впервые такие исследования были проведены биоспутнике «Бион-11». Результаты эксперимента позволяют предположить наличие коррелятивной связи между одним из показателей устойчивости генетического аппарата – частотой доминантных летальных мутаций от средней величины гетерозиготности в популяции. Полученные результаты являются предварительными и требуют дальнейшего экспериментального подтверждения. С этой целью Институтом медико-биологических проблем РАН и Институтом общей генетики РАН было предложено провести серию экспериментов c Drosophila melanogaster на борту Международной комической станции, в результате выполнения которой будет накоплен массив данных, достаточный для статистического анализа. Это позволит выявить генетические критерии, определяющие индивидуальные различия устойчивости биологических объектов к условиям космического полёта.

В процессе выполнения КЭ осуществляется культивирование популяций плодовой мушки Drosophila melanogaster в укладке «Дрозофила-2» в условиях космического полета. Продолжительность пребывания мух дрозофил в космическом полёте - не более 30 суток.

Перенос укладки «Дрозофила» в СА корабля «Союз ТМА» проводится как можно ближе ко времени расстыковки:

Проводится видеозапись операции по перекрытию доступа мух к корму в контейнере «Дрозофила». Для осуществления контроля реализации эксперимента и проведения наземного контрольного эксперимента проводится сбор показаний бортовых датчиков температуры и влажности, расположенных вблизи укладки с мухами.

Периодичность сбора показаний датчиков температуры и влажности – каждые 2-4 часа проведения КЭ.

В период ЭП-1 и МКС-7 выполнено по одному сеансу эксперимента с использованием укладки «Дрозофила». После была разработана, изготовлена и сертифицирована новая укладка «Дрозофила-2», которая используется с экспедиции МКС-19.

Объём и сроки реализации - проведение не менее 10 сеансов КЭ с использованием укладки «Дрозофила-2».

Новизна эксперимента:

Планируемые комплексные популяционно-генетические исследования дифференциальной устойчивости мушки дрозофилы будут проводиться впервые.

Научная аппаратура:

Укладка "Дрозофила" массой 1,50 кг и габаритными размерами 155?107?65 мм

Ожидаемые результаты:

Предполагается получить данные о до- и послеполетной структуре генофондов и реакциях биологических характеристик популяций D. melanogaster на воздействие комплекса факторов космического полета, установить наличие связей между интегральными генетическими параметрами популяций и показателями приспособленности к условиям космического полета.

Ожидается, что проведение запланированной серии экспериментов позволит разработать генетические критерии идентификации биологических объектов, обладающих максимальной устойчивостью к условиям длительного космического полета.

Полученные результаты:

Частота доминантных летальных мутаций (ДЛМ) в лётной выборке популяции ВВ-09 вдвое превышала значение показателя в наземном контроле, однако в линии Canton S, имевшей высокий базальный уровень ДЛМ, различий между лётной и наземными сериями не наблюдалось. Предполагается, что причиной возросшей частоты мутационных событий в популяции ВВ-09, развившихся в космосе, было ухудшение условий среды в контейнерах с мухами результате недостаточного газообмена с атмосферой станции в невесомости.

В результате исследований не выявлено влияния космического полета на асимметрию морфологических параметров исследуемых популяций дрозофилы.

Сроки проведения: В период ЭП-1 и МКС-7 выполнено по одному сеансу эксперимента с использованием укладки «Дрозофила». В период экспедиции МКС-19 выполнен сеанс эксперимента с использованием укладки «Дрозофила-2». В период смены экипажей МКС-19/МКС-20, МКС-21/МКС-22, а также в период экспедиций МКС-24, МКС-27 и МКС-29 осуществлено по одному сеансу эксперимента с использованием укладки «Дрозофила-2».. Всего проведено 5 сеансов с использованием укладки «Дрозофила-2». В 2012 г. продолжить полетную часть реализации КЭ с выпуском этапного отчета.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН ФГУП ЦНИИмаш, РКК «Энергия» им. С.П. Королёва, ФГБУ «НИИ ЦПК им.Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Васильев А.В., д.б. н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. Rzeszowska-Wolny J., Polanska J., Pietrowska M., Palyvoda O., Jaworska J., Butkiewicz D., Hancock R. Influence of polymorphisms in DNA repair genes XPD, XRCC1 and MGMT on DNA damage induced by gamma radiation and its repair in lymphocytes in vitro. Radiat. Res. 2005. V. 164. N 2. P. 132 – 140.

2. Brookes A.J. 4th International Meeting on Single Nucleotide Polymorphism and Complex Genome Analysis. Various uses for DNA variations. Eur. J. Hum. Genet. 2002. V. 10. P. 153-155.

3. Inlow J.K., Restifo L.L. Molecular and comparative genetics of mental retardation Genetics. 2004. V. 166. N 2. P. 835-881.

4. Spradling A.C., Rubin G.M. Drosophila genome organization: conserved and dynamic aspects. Annu. Rev. Genet. 1981. V. 15. P. 219–264.

5. Алтухов Ю.П., Победоносцева Е.Ю., Филатова Л.П., Малинина Т.В., Лаптева Н.Ш., Григорьев А.И., Ларина О.Н. Связь индуцированной условиями космического полета частоты доминантных летальных мутаций с уровнями аллозимной гетерозиготности популяций Drosophila melanogaster. Докл. акад. наук. 1998. Т. 361. № 5. С. 709 – 711.

6. Победоноцева Е.Ю., Пахомов А.И., Ларина О.Н. «Контейнер для содержания насекомых в условиях космического полета. Патент РФ № 2228615, рег. 20.05.2004.

7. Ohnishi T, Takahashi A, Ohnishi K. Biological effects of space radiation. Biol. Sc.i Space. 2001. V 15. Suppl: S203-210.

8. Ларина О.Н., Лазебный О.Е., Куликов А.М. Популяционно-генетические исследования с Drosophila melanogaster (эксперимент "Полиген"). В кн: Международная космическая станция. Российский сегмент. Космическая биология и медицина. Т. 2. М., 2011. С. 384 – 388.

9. Ryujiro Hara. Genetic effects of cosmic radiation in Drosophila melanogaster. Biol. Sci. Space. 1994. V. 8, P. 112 – 122.

10. Borstel R.S., Rekemeyer M.L. Radiation-induced and genetically contrived dominant lethality in Habrobracon and Drosophila. Genetics. 1959, V. 44, P. 1053- 1074.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения