Caenorhabditis elegans Survives Atmospheric Breakup of STS

Caenorhabditis elegans
Survives Atmospheric
Breakup of STS-107,
Space Shuttle Columbia
Ivia E. Rivera Agosto
Universidad de Puerto Rico en Humacao
Autores
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El grupo de investigadores a cargo de
este experimento trabajó como parte del
NASA Ames Research Center en
California.
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Integrantes:
-
Nathaniel J. Szewczyk
Rocco L. Mancinelli
William McLamb
David Reed
Baruch S. Blumberg
Catharine A. Conley
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Los principales objetivos de este grupo
fueron:
- Entender los procesos naturales por los
que la vida puede migrar de un planeta a
otro.
- Identificar los límites ambientales para
examinar adaptaciones biológicas en
condiciones extremas.
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El líder de esta investigación fue: Rocco
Mancinelli, junto a Nathaniel J. Szewczyk
- Senior Research Scientist del SETI Institute en California
(1986-presente)
- Ph.D. en Ecología Microbiana de la Universidad de Colorado
(1982)
- M.A. en Ecología Microbiana de la Universidad de Colorado
(1977)
- B.A. en Biología Celular Molecular y del Desarrollo (1975)
Resumen
C. elegans es un nemátodo comúnmente
usado para estudios biológicos.
z Hace más de una década se ha estado
desarrollando como sistema modelo de
biología espacial.
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Para crecer C. elegans en el espacio se
ha creado un nuevo medio de cultivo
distinto a los medios de laboratorio
comunes.
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Es conocido como: “C. elegans
Maintenance Medium” (CeMM).
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CeMM facilita en gran manera el cultivo
del organismo transformándolo en un
proceso casi autónomo que requiere una
atención mínima de la tripulación.
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Antes utilizar el CeMM es necesario
validarlo y probar que permite crecimiento
y reproducción en un ambiente espacial.
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Para validar este medio se cultivaron
unos organismos en condiciones estándar
de laboratorio y otros en el mismo.
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Estos especímenes se colocaron a bordo
de la nave STS-107, el transbordador
espacial Columbia.
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La misión del Columbia fue una de las misiones
más ambiciosas que la NASA haya tenido en
años. Aunque duró poco más de dos semanas.
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Consistía de siete tripulantes que atendían casi
80 proyectos de investigación en turnos
rotatorios.
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Por desgracia, el transbordador espacial
Columbia estalló durante su regreso a la
Tierra al hacer contacto con la atmósfera.
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Los siete tripulantes perecieron en este
accidente, que ocurrió faltando solo seis
minutos para llegar a casa.
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Al recuperar los restos del accidente se
encontraron cinco de los seis envases que
contenían el experimento.
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En cuatro de estos cinco envases se
observaron especímenes vivos al ser
encontrados.
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Los datos recuperados muestran que C.
elegans se mantiene vivo y viable en
CeMM durante el viaje al espacio.
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Además se desprende de ellos la
posibilidad de que existen organismos
vivos capaces de entrar en nuestra
atmósfera relativamente desprotegidos.
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Estos resultados son de suma importancia
en áreas como:
- Empaque de material biológico para viajes
espaciales
- Protección planetaria
- Transferencia interplanetaria de la vida
Trasfondo
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El uso de Caenorhabditis elegans resulta
conveniente en estudios biológicos por su
corto periodo de gestación y gran
cantidad de progenie.
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Además hay una amplia comunidad
científica que estudia C. elegans como
modelo en procesos relevantes a la salud
del astronauta.
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Para crecer C. elegans en el laboratorio
se utiliza el “Nematode Growth Medium”
(NGM). Este se compone de agar con E.
coli (muerta por exposición UV) como
fuente alimenticia.
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Este método resulta poco conveniente en
el espacio ya que requiere la transferencia
del organismo a placas nuevas casi
semanalmente.
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Otro problema que representa el usar
NGM es que requiere que el organismo
crezca en la superficie de la placa.
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En el espacio la tensión superficial
enmascara los efectos de la ausencia
gravedad (microgravedad).
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Esto puede alterar el resultado de los
experimentos en los que se utilice NGM.
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Previo a este experimento otras cepas de
C. elegans habían viajado al espacio en
las naves:
STS-42: Completó dos ciclos de vida
STS-76: Mutó debido a radiación cósmica
STS-95: Murieron controles y también los
experimentales posiblemente por anoxia.
Métodos
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Se crecieron dos grupos de organismos:
-
NGM: los que se crecieron en este medio se
conocen como la cepa N2
-
CeMM: los que se crecieron en este medio
pasaron a ser la cepa CC1
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Se tomaron individuos de ambas cepas en
la generación L1 (etapa larvaria) y se
calculó el número inicial por conteo directo.
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Luego, 26 horas previo al lanzamiento se
colocaron en placas petri con agar y 5ml de
medio, selladas con parafina.
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Las placas se pusieron dentro de seis
contenedores BRIC-60 (Biological
Research In flight Canister).
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A cada contenedor se le hicieron cuatro
perforaciones en la tapa, para ventilación.
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Dentro se colocaron aparatos de registrar
la temperatura cada 30 minutos y en tres
de ellos bolsas de LiOH que absorbe CO2
gaseoso.
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Los controles se prepararon 24 horas
después que los experimentales.
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Los contenedores 2-6 se colocaron en una
cámara programada para simular la
temperatura y condiciones atmosféricas
del Columbia con un retraso de 24 horas.
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Se prepararon controles adicionales para
medir los efectos del empaque, la
temperatura constante (a 20°C) y la
transportación.
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Contenido inicial de los controles y
experimentales:
Resultados
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El Columbia estalló el 1 de febrero de
2003 en la mesósfera a 61km de la
superficie de la Tierra.
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Cinco de los contenedores se recuperaron
en Texas en fechas desde el 4 de febrero
al 21 de marzo del 2003.
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El envase 6, el “foam” que lo rodeaba y la
bandeja de plástico no se encontraron.
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Los contenedores 1-4 se recuperaron en
el área de búsqueda inicial, mientras que
el 5 relativamente lejos de la misma.
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Se calcula que la bandeja en que se
encontraban los contenedores fue
expulsada la altura de 42-32km y a una
velocidad de 660-1,050km/h.
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El 28 de abril de 2003 se procedió a
desmantelar los contenedores en
presencia de técnicos de control de
calidad de la NASA.
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Después de fotografiar el contenido de
cada envase se contaron los individuos
vivos en los mismos.
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Se encontraron individuos vivos en placas
con el medio NGM y CeMM.
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En el caso de las placas con CeMM los
individuos permanecieron fértiles, aunque
debido al accidente se contaminaron con
un hongo.
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En las placas con NGM los individuos
estaban arrestados en etapas infértiles.
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Luego se subcultivaron individuos de
ambos medios y estos exhibieron:
- Desarrollo normal
- Cantidades normales de progenie
- Ningún fenotipo mutante
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La población control que se creció en la
cámara simuladora de temperatura y
atmósfera del Columbia no alcanzó el
tamaño normal.
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Esta resultó en una mezcla de adultos
infértiles o arrestados en alguna etapa del
desarrollo.
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Los controles que se crecieron a 20°C
alcanzaron el tamaño de población
esperado bajo condiciones normales.
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Por otra parte los controles utilizados para
medir los efectos de la transportación
resultaron en adultos infértiles con falta de
coordinación y no alcanzaron el tamaño
de las poblaciones normales.
Discusión de Resultados
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Dado que se observaron individuos vivos
en ambos medios podemos establecer
que sobrevivir al accidente no dependió
del medio de cultivo.
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Lo que si fue dependiente del medio de
cultivo fue la condición en que los
individuos sobrevivieron, ya sea fértiles o
arrestados en etapas infértiles.
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Los resultados también muestran que los
individuos recuperados no se afectaron
dramáticamente por el accidente, ni por la
exposición al ambiente.
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Factores como: la presencia del hongo, el
accidente y el periodo de recuperación de
los contenedores impiden evaluar cuan
funcional fue el medio CeMM en el
espacio.
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Se cree que los controles crecidos en el
simulador no alcanzaron el tamaño de
población adecuado debido a que:
- En la nave se registró un pico en la
temperatura a los 27° C, sin embargo el
material aislante del casillero que contenía
los contenedores impidió que esta
temperatura afectara los individuos
durante el vuelo.
- Al registrarse esta temperatura y
aplicarla en el simulador se afectó el
crecimiento.
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Los resultados indican que los controles
utilizados para medir los efectos de la
transportación crecidos en CeMM son
más susceptibles a estrés ambiental.
Conclusiones
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Este experimento demuestra que C.
elegans puede sobrevivir a bordo de la
nave espacial, aunque se ve afectado por
los cambios de temperatura.
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También prueba que aunque CeMM tiene
algunas ventajas sobre el NGM, existen
desventajas como: reducción en cantidad
de progenie y mayor susceptibilidad a
estrés ambiental.
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Es imposible validar que CeMM es
completamente funcional en el espacio
debido a las condiciones accidentadas del
experimento.
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La capacidad de C. elegans de sobrevivir
a la destrucción de la nave demuestra que
existe la posibilidad de que otros
organismos sobrevivan a este tipo de
accidente tanto en nuestra atmósfera
como en algunas otras.
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Estos resultados prueban razonable
pensar que algunos organismos más
complejos que los procariotas pueden
transferirse naturalmente entre planetas.
Metas Futuras
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Para poder validar el CeMM es necesario
volver a realizar un experimento de este
tipo, pero con modificaciones tales como
el uso de un ambiente térmicamente
controlado.
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Otro enfoque de interés es experimentar
con la forma de empacar especimenes
que regresan a la Tierra en vehículos
espaciales.
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