Czy uda nam się przetrwać w kosmosie? Może to zależeć od tego, jak dostosowuje się nasz mikrobiom jelitowy

Od ponad stulecia ludzie marzą o dniu, w którym ludzkość (jako gatunek) wyruszy w przestrzeń kosmiczną. W ostatnich dziesięcioleciach marzenie to było znacznie bliższe realizacji dzięki rozwojowi komercyjnego przemysłu kosmicznego (NewSpace), ponownemu zainteresowaniu eksploracją kosmosu i długoterminowym planom stworzenia siedlisk na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), na powierzchni Ziemi. Powierzchnia Księżyca i Marsa. Z postępów jasno wynika, że ​​eksploracja kosmosu nie będzie jeszcze przez długi czas ograniczać się do działań astronautów i rządowych agencji kosmicznych.

Zanim jednak rozpocznie się Wielka Migracja, należy odpowiedzieć na wiele pytań. W szczególności, w jaki sposób długotrwałe narażenie na mikrograwitację i promieniowanie kosmiczne wpłynie na zdrowie człowieka? Należą do nich dobrze zbadane aspekty utraty gęstości mięśni i kości oraz wpływ czasu przebywania w przestrzeni na funkcjonowanie naszych narządów oraz zdrowie układu krążenia i zdrowie psychiczne. W Ostatnie badaniamiędzynarodowy zespół naukowców przyjrzał się często pomijanemu aspektowi ludzkiego zdrowia: naszemu mikrobiomowi. Krótko mówiąc, jak czas spędzony w kosmosie wpłynie na nasze bakterie jelitowe, które są niezbędne dla naszego dobrego samopoczucia?

Zespół składa się z badaczy biomedycznych z Centrum Badań nad Ochroną przed Promieniowaniem Jonizującym i Niejonizującym (INIRPRC) w Uniwersytet Medyczny w Shiraz (SUMS), Międzynarodowy Uniwersytet Libański, Międzynarodowy Uniwersytet w Bejrucie, MVLS College na Uniwersytecie w Glasgow, Centrum Matematyki Stosowanej i Bioinformatyki (CAMB) na Uniwersytecie Gulf w Kuwejcie Instytut Fizyki Jądrowej (NPI) Czeskiej Akademii Nauk (CAS) oraz Atominstitut Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu W Wiedniu. Artykuł opisujący ich odkrycia ukazał się niedawno w Granice mikrobiologii.

Mikrobiom to zbiór wszystkich drobnoustrojów żyjących na powierzchni naszego ciała i wewnątrz niego, w tym bakterii, grzybów, wirusów i ich genów. Mikroby te mają fundamentalne znaczenie dla interakcji naszego organizmu z otaczającym środowiskiem, ponieważ mogą wpływać na to, jak reagujemy na obecność obcych przedmiotów i materiałów. W szczególności niektóre drobnoustroje zmieniają ciała obce w sposób, który czyni je bardziej szkodliwymi, podczas gdy inne działają jak bariera łagodząca działanie toksyn. Jak zauważają w swoim badaniu, mikroorganizmy astronautów byłyby narażone na zwiększone obciążenia spowodowane mikrograwitacją i promieniowaniem kosmicznym, w tym galaktycznym promieniowaniem kosmicznym (GCR).

Promienie kosmiczne to forma promieniowania wysokoenergetycznego, składającego się głównie z protonów i jąder atomowych pozbawionych elektronów, które zostały przyspieszone do prędkości bliskiej prędkości światła. Kiedy promienie te są generowane przez pierwiastki cięższe od wodoru i helu, ich wysokoenergetyczne składniki jądrowe, znane jako jony HZE, są szczególnie niebezpieczne. Kiedy wpływają one na naszą atmosferę lub osłony ochronne na pokładzie statku kosmicznego lub… Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (Międzynarodowa Stacja Kosmiczna) wyzwalają deszcz cząstek wtórnych.

Chociaż ochronna magnetosfera i atmosfera Ziemi uniemożliwiają przedostanie się większości tych cząstek na powierzchnię, astronauci w kosmosie są regularnie na nie narażeni. Jak zauważają autorzy, poprzednie badania wykazały, w jaki sposób narażenie to może zwiększyć zdolność astronautów do przeciwstawiania się promieniowaniu – proces znany jako radioadaptacja. Zauważają jednak również, że stopień adaptacji astronautów różni się w zależności od astronauty, a niektórzy doświadczają niekorzystnych skutków biologicznych przed wyruszeniem w misję w kosmos.

Z tego powodu zalecają dalsze badania w celu określenia zagrożeń związanych ze środowiskiem kosmicznym, gdyż składa się ono głównie z protonów, na które astronauci będą narażeni, zanim napotkają cząstki HZE. Po trzecie, wielozadaniowy model NASA sugeruje, że pierwszą misją astronauty może być dawka adaptacyjna. Zespół zwraca jednak uwagę, że obecne badania sugerują, że drugi lot kosmiczny niekoniecznie zwiększa ryzyko wystąpienia nieprawidłowości genetycznych w tak dużym stopniu, jak oczekiwano. Może to oznaczać, że organizm może posiadać naturalny mechanizm obronny, który pozwala mu przystosować się do radia.

Jeśli chodzi o zalecenia, zespół pochwalił Międzynarodową Stację Kosmiczną jako idealne środowisko do testowania reakcji ludzkiego mikrobiomu na promieniowanie kosmiczne i mikrograwitację. Odnosi się także do braku badań w tej dziedzinie oraz do tego, że długoterminowy wpływ promieniowania na drobnoustroje i bakterie środowiskowe nie jest dobrze poznany:

„Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) to unikalny, kompaktowy system do badania interakcji pomiędzy ludzkim mikrobiomem a mikrobiomem jego siedliska. ISS to zamknięty, hermetyczny system, a mimo to żyje w nim wiele mikroorganizmów… W tym kontekście naukowcy z NASA nie widziałem, że adaptacja nie ogranicza się do astronautów i narażenia na promieniowanie bakterii w ciele astronauty lub że bakterie w stacji kosmicznej mogą rozwinąć odporność nie tylko na wysoki poziom uszkodzeń DNA spowodowanych przez HZE, ale także na inne czynniki osłabiające aktywność bakterii, takie jak jako antybiotyki.

Rosnąca oporność na antybiotyki może stanowić zagrożenie dla życia astronautów, którzy podczas długotrwałych misji są narażeni na ryzyko obrażeń i infekcji. Ponadto podkreślają, jak podróże kosmiczne i długotrwałe narażenie na mikrograwitację mogą osłabić układ odpornościowy, zmniejszając naturalną odporność astronautów na drobnoustroje – zwłaszcza te, które mają wysoki poziom odporności na promieniowanie, ciepło, światło ultrafioletowe i odwodnienie, dzięki czemu mogą przetrwać. Życie w kosmosie. środowisko. Jak to podsumowują:

„W rywalizacji między astronautami i ich mikrobiomami o przystosowanie się do trudnych warunków kosmicznych zwycięzcami mogą okazać się mikroorganizmy, ponieważ mogą ewoluować i przystosowywać się szybciej niż ludzie dzięki szybkiemu nabywaniu genów drobnoustrojów. Mikroorganizmy mają znacznie krótszy okres generacji, co umożliwia spłodzą wiele potomstwa. Każdy z nich ma unikalne mutacje genetyczne, które mogą pomóc im przetrwać w środowisku kosmicznym.

Z tego powodu zespół badawczy podkreśla, że ​​potrzebne są dodatkowe badania, aby oszacować stopień adaptacji mikroorganizmów przed wystrzeleniem misji. Może to mieć kluczowe znaczenie dla identyfikacji potencjalnych zagrożeń i opracowania strategii łagodzenia, leczenia i nowych interwencji. Zalecają również, aby astronauci poddawali się regularnym testom cytogenetycznym w celu pomiaru ich reakcji adaptacyjnej oraz aby do misji, podczas których mogą być narażeni na wyższe dawki, wybierani byli tylko ci, którzy wykazują wysoką reakcję adaptacyjną na niskie dawki promieniowania.

Przyznają również, że badanie mikroflory astronautów w kosmosie wiąże się z wieloma wyzwaniami. Do trudności tych należy trudność prowadzenia eksperymentów w środowisku mikrograwitacji, które może wpływać na wzrost i zachowanie mikroorganizmów, utrudniając uzyskanie dokładnych i wiarygodnych danych. Istnieje również potencjalne ryzyko rozprzestrzeniania się patogenów w zamkniętym środowisku z systemami recyrkulacji powietrza. Badania te należy jednak przeprowadzić, zanim będzie można rozpocząć załogową eksplorację głębokiego kosmosu, ponieważ mogą one potencjalnie zidentyfikować potencjalne patogeny i opracować strategie zapobiegające ich rozprzestrzenianiu się podczas misji.

Dogłębna lektura: Granice w mikrobiologii