Badanie wpływu lotów kosmicznych na fizjologię myszy przy użyciu platformy NASA GeneLab o otwartym dostępie

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie biologii kosmicznej dotyczące generowania hipotez, które pomogą w przyszłych badaniach z wykorzystaniem publicznie dostępnych danych dotyczących wszystkich mieszanek. Główną zaletą tej techniki jest to, że może być używana jako narzędzie do generowania danych z biologii kosmosu. Publicznie dostępne dane na temat GeneLab pozwalają naukowcom opracowywać teorie kliniczne na temat terapii chorób lub środków zaradczych w opiece zdrowotnej związanej z lotami kosmicznymi przy stosunkowo niewielkich kosztach.

Siedliska gryzoni zademonstruje Yasaman Shirazi-Fard, który jest naukowcem misji ISS zajmującym się badaniami nad gryzoniami. Po porodzie pogrupuj gryzonie w standardowych klatkach wiwariowych. I niech zwierzęta zaaklimatyzują się w batonach dla gryzoni, batonach dla gryzoni i podniesionych podłogach z drutu, dopóki zwierzęta nie zostaną załadowane do transportera.

W przypadku podróży między Ziemią a Międzynarodową Stacją Kosmiczną umieść dziesięć myszy z każdej strony w każdym transporterze, co daje w sumie 20 myszy na transporter. Po dotarciu na Międzynarodową Stację Kosmiczną przymocuj jednostkę dostępu do zwierząt do transportera i użyj skrzynek transferowych myszy, aby przenieść pięć myszy naraz do siedlisk. Aby załadować myszy do siedliska, odłącz jednostkę dostępu dla zwierząt od transportera i przymocuj ją do siedliska gryzoni.

Następnie przenieś zwierzęta ze skrzynek transferowych myszy do siedlisk gryzoni, w których będą przebywać przez czas trwania misji. Każdego dnia przeszkolony personel bada nagrania wideo zwierząt w siedliskach w celu monitorowania zdrowia i dobrostanu gryzoni. Wskazówki i nadzór nad wszystkimi pracami z udziałem zwierząt zapewnia lekarz weterynarii prowadzący.

Obrazowanie w podczerwieni służy do oglądania zwierząt wewnątrz siedlisk podczas ciemnej fazy cyklu światło-ciemność, kiedy myszy są zazwyczaj najbardziej aktywne. Ten widok z kamery pokazuje bary spożywcze w górnej części kadru, drzwi wejściowe i okno po lewej stronie oraz oświetlenie w podczerwieni po prawej. Źródło wody znajduje się poza widokiem kamery, za barami spożywczymi w tym widoku.

Jest to naziemne siedlisko kontrolne w drugim dniu badań, podczas ciemnej fazy cyklu światło-ciemność. To siedlisko jest zorientowane na ziemi z tacą na odpady na dnie klatki, widok kamery patrzy w dół wzdłuż wektora grawitacji. Zwierzę znajdujące się najbliżej kamery siedzi na batonach z jedzeniem i je.

W tym siedlisku jest pięć myszy, chociaż zwykle obserwuje się tylko kilka jednocześnie. Myszy mają tendencję do preferowania zamkniętych miejsc przypominających gniazda, takich jak wgłębiona przestrzeń między prętami z jedzeniem a ścianą klatki, gdzie można je zobaczyć gromadzące się w tym widoku. Jest to również lokalizacja źródła wody.

Myszy poruszają się, pielęgnują i wykazują interakcje społeczne, które są typowymi zachowaniami dla myszy na ziemi. Myszy używają wszystkich sześciu ścian siedliska do swobodnego poruszania się i obserwuje się, jak często wspinają się po ścianach. Jest to siedlisko lotu w drugim dniu badania podczas ciemnej fazy cyklu światło-ciemność, kiedy myszy są zazwyczaj najbardziej aktywne.

Podczas lotów kosmicznych, podobnie jak na Ziemi, myszy poruszają się po siedlisku, wykorzystując wszystkie sześć boków klatki. Myszy aktywnie eksplorują i poruszają się w całym siedlisku i wykazują te same zachowania, co myszy na ziemi, w tym jedzenie, picie, pielęgnację i interakcje społeczne. Myszy używają różnych metod do poruszania się po komorze.

Na początku lotu myszy były zwykle widziane używające przednich kończyn do ciągnięcia się wzdłuż drucianej siatki, później podczas lotu myszy miały tendencję do używania wszystkich czterech kończyn do biegania po siatce drucianej wyściełającej siedlisko. Myszy poruszały się również, unosząc się z jednego miejsca na drugie. Gdy myszy zaaklimatyzowały się w środowisku podczas jednego badania gryzoni, nie tylko stały się biegłe w poruszaniu się po przedziale, ale także nauczyły się zakotwiczać w ścianach za pomocą ogonów i/lub łap.

Analizę danych, oś metadanych i opis badania zademonstruje Sam Gebre, koordynator danych w zespole GeneLab. Aby znaleźć zestawy danych do analizy w GeneLab, otwórz stronę internetową GeneLab i kliknij repozytorium danych. Wprowadź słowa kluczowe w polu wyszukiwania danych, aby wyszukać określone obszary zainteresowania i wybrać inne interesujące bazy danych zgodnie z potrzebami.

Następnie kliknij ikonę lupy, aby rozpocząć wyszukiwanie. Po wyszukaniu wszystkich słów kluczowych i przejrzeniu zestawów danych kliknij Narzędzia, a następnie Wspólny obszar roboczy i zaloguj się lub zarejestruj nowe konto, zgodnie z potrzebami. Po zalogowaniu kliknij pomoc i instrukcję obsługi, aby uzyskać dostęp do szczegółowych instrukcji dotyczących korzystania z przestrzeni roboczej.

Dla każdego użytkownika wybierz publiczne laboratorium genowe, aby uzyskać dostęp do wszystkich zestawów danych w repozytorium laboratorium genów i otwórz folder z interesującymi go danymi. Aby skopiować interesujące zestawy danych do obszaru roboczego katalogu lokalnego, kliknij prawym przyciskiem myszy pojedynczy plik, wybierz kopiuj/przenieś w wyświetlonym menu, wybierz folder, do którego chcesz skopiować plik i kliknij kopiuj. Następnie znajdź zestawy danych związane z poprzednimi publikacjami, które znajdują się w wyszukiwaniu zestawów danych, i skopiuj pliki metadanych do lokalnego obszaru roboczego.

Aby uzyskać dostęp do plików metadanych dla każdego zestawu danych będących przedmiotem zainteresowania, otwórz publiczny podfolder zestawu danych laboratorium genowego i uzyskaj dostęp do jednego lub więcej plików metadanych zawartych w podfolderze metadanych każdego zestawu danych, aby zlokalizować informacje o metadanych dla interesującego zestawu danych. Upewnij się, że każdy zestaw danych ma pojedynczy spakowany plik, który zawiera metadane zgodnie ze specyfikacją karty badania, badania i testu. Otwórz odpowiedni edytor tekstu, aby wizualizować i uzyskiwać dostęp do metadanych karty badania, badania, testu zawierających opis tekstowy badania i metadane testu dla każdego zestawu danych.

Następnie sprawdź, czy nie ma plików danych wyjściowych testu, które znajdują się w każdym podfolderze zestawu danych według typu testu. Aby przeanalizować dane transkryptomiczne, kliknij Narzędzia w menu Do, a następnie kliknij Galaktyka. Użyj narzędzia importera przestrzeni genomu, aby zaimportować dane z laboratorium genetycznego, przestrzeni genomu.

Dane pojawią się w historii sekcji analizy. Po potwierdzeniu wyglądu i zaimportowanych zestawów danych oraz bieżącej historii, użyj narzędzia GeneLab galaxy, aby wypełnić formularz w panelu środkowym opcjami analizy i specyfikacją danych wejściowych. Wypełnij formularz i kliknij przycisk Wykonaj, aby utworzyć zadania do wykonania analizy i sprawdzić, czy przesłane zadania są reprezentowane w historii i oznaczone kolorami wskazującymi stan wykonania, a następnie połącz narzędzia ze złożonym przepływem pracy, zarządzając przepływami pracy za pomocą narzędzia przepływów pracy i użyj menu udostępnionych danych, aby udostępnić przepływy pracy i historie zestawów danych innym badaczom.

Jak pokazano na tym reprezentatywnym wykresie, przy użyciu wykresów analizy głównych składowych w celu grupowania kontrprób biologicznych można określić wiodące geny z zestawów genów analizy wzbogacenia zestawu genów. Korzystając z genów z 1,2-krotną zmianą, można przewidzieć geny zaangażowane w przewidywania dla regulatorów wyższego szczebla, szlaków kanonicznych i funkcji biologicznych, co pozwala na grupowanie wspólnych nakładających się genów zaangażowanych we wszystkie geny. Następnie sieciowa reprezentacja tego, w jaki sposób te kluczowe geny napędzają reakcję między gryzoniami a siedliskami gryzoni i kontrolami wiwarium, wyświetla centralne węzły dla każdego analizowanego zestawu danych.

Na przykład, pierwsza kinaza mapowa jest centralnym węzłem dla tkanek mięśni szkieletowych misji STS108 promu kosmicznego od myszy i może być interpretowana jako gen, który napędza kluczowe geny i najprawdopodobniej główny gracz powodujący różnice biologiczne u myszy trzymanych w siedliskach gryzoni w porównaniu z klatkami wiwarium. Przyjmując podejście biologii systemowej, gen ze wszystkich zestawów danych, który jest najbardziej połączony podczas konstruowania sieci ze wszystkich kluczowych genów, został następnie określony, ujawniając, że pierwsza kinaza mapowa jest rzeczywiście najbardziej połączonym genem i centralnym węzłem ze wszystkich kluczowych genów. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że naukowcy prowadzący eksperymenty badawcze z gryzoniami w biologii kosmicznej będą ściśle współpracować z naukowcami z misji badawczej NASA ds. gryzoni, ustawią i przeprowadzą eksperymenty.

Ponadto wszystkie dane dotyczące biologii kosmicznej są dostępne na platformie NASA GenesLab, a zastosowanie tej procedury jest najbardziej efektywną metodą opracowywania nowych hipotez związanych z biologią kosmiczną. Technika ta może być również zastosowana do dowolnych innych zestawów danych wszystkich mieszanek związanych z systemami biologicznymi, takimi jak biologia raka, choroba Alzheimera i choroby sercowo-naczyniowe. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny biologii kosmicznej do rozpoczęcia rozważań nad badaniami nad wpływem dwutlenku węgla na astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.