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太空也不干净?国际空间站在宇航员身上留下“微生物指纹”

2020-05-16 15:14 前瞻网   

 

太空也不干净?国际空间站在宇航员身上留下“微生物指纹”

我们都携带着自己的微生物群,这是一个生活在我们皮肤和体内的微生物世界,在我们与世界其他地方互动的过程中,对维持健康方面发挥着重要作用。无论我们走到哪里,我们的微生物群系都与新环境的微生物群系和我们遇到的人的微生物群系相互作用。

那么,长时间的太空旅行中所经历的独特环境会不会影响宇航员的微生物群落呢。《科学报告》2019年6月的一篇文章讨论了微生物组的研究结果,这是一项对长期驻留国际空间站的宇航员体内微生物的多年研究。

这项研究着眼于人类微生物群系与空间站环境微生物群系之间的相互作用。研究的人体微生物区包括肠道、鼻腔、舌头、前额和前臂的皮肤。唾液和血液样本以及从空间站内不同地点采集的样本也进行了研究。

“由于空间站是一个非常干净的环境,我们预计与飞行前或飞行后相比,太空中肠道的多样性会减少,因为宇航员接触到的环境细菌更少。虽然他们吃的食物不是无菌的,但它的细菌负荷确实很低。”首席研究员、马里兰州洛克维尔市克雷格·文特尔研究所传染病系的研究员Hernan Lorenzi博士说。

然而,令人惊讶的是,大多数宇航员的肠道微生物群落在太空中变得更加多样化,而不是更少,尽管他们接触到的新细菌有限。这个结果很重要,因为更大的多样性通常对整体健康更好。

“通常情况下,当一个人患有炎症性肠道疾病时,你会发现肠道微生物群的多样性减少。多样性的增加通常意味着对疾病更强的抵抗力。”Lorenzi说。

研究人员推测,肠道菌群多样性的增加可能是因为空间站上有各种各样的食物。NASA的食品科学家与宇航员密切合作,关注饮食平衡,提供超过200种食品和饮料选择,以确保宇航员有机会吃各种各样的食物,甚至可能比地球上许多人通常吃的还要多。

与肠道不同的是,宇航员的皮肤微生物群落呈现出混合的结果,一些宇航员的皮肤多样性上升,而另一些则下降。一致的结果是一个特定的微生物减少。

“我们很早就在任务中确定了皮肤微生物组的变化,我们观察到的变化与多样性的其他变化无关,是一种叫做变形杆菌的细菌的显著减少。” Lorenzi说,“更具体地说,是变形杆菌的两个亚型,称为β和γ变形杆菌。”

先前的研究表明,皮肤上有这些类型的细菌,就相当于保护皮肤免受过敏反应的伤害,比如皮疹。在太空中,宇航员皮肤上的这些保护性微生物会迅速减少,这可能与宇航员出现皮疹和过敏症状的可能性较高有关。

更多地了解这种变化发生的原因,将有助于阐明预防或治疗的可能方法。一种可能性与这些微生物的正常来源有关。

“这种变形杆菌在土壤中含量非常高。由于空间站是一个非常清洁的非绿色环境,减少与地球环境细菌的接触可能会减少皮肤上的这些微生物。”Lorenzi说。

第二种可能的解释与皮肤本身结构的变化有关。变形杆菌往往更接近于表面,所以如果宇航员的皮肤脱落更快,变形杆菌可能会被清除。

Lorenzi建议进行后续研究,以确定和测试可能的治疗方法,以改善宇航员的皮肤健康,如外用益生菌乳霜。

总的来说,研究人员发现空间站本身的微生物组反映了人类皮肤的微生物组,反之亦然。

“许多其他报告发现空间站环境微生物组看起来非常类似于人类皮肤微生物组。在我们的研究中,有趣的是空间站微生物组的组成一直在变化。”Lorenzi说,“空间站的微生物组往往类似于生活在那个特定时刻的宇航员的皮肤微生物组的组成。宇航员的皮肤开始影响空间站的微生物群系,就像空间站影响宇航员的皮肤一样。”

Microbial Tracking-2的研究工作进一步证实了微生物组的调查结果。这项研究的结果发表在2020年4月29日的《公共科学图书馆·综合》(PLOS One)上,并在相关文章中进行了描述。

不断深入了解太空中的微生物群落是如何相互作用的,有助于研究人员进一步了解如何保持宇航员的健康,并为最终的月球和火星长期任务做准备。

此前,NASA的研究人员对国际空间站上的所有微生物和真菌进行了分类,相关研究发表在《微生物》杂志上。美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)的Kasthuri Venkateswaran博士说:“地球室内的特定微生物已经被证明会影响人类健康。这对宇航员在太空飞行期间更为重要,因为他们已经改变了免疫力,而且无法获得地球上现有的先进医疗干预措施。考虑到未来可能的长期任务,确定在太空飞行相关的独特封闭环境中可以积累的微生物类型、存活时间以及它们对人类健康和航天器基础设施的影响是很重要的。”

研究人员发现,国际空间站上的微生物大多与人类有关。最显著的细菌是葡萄球菌(占总分离菌的26%)、Pantoea(23%)和杆菌(11%)。这些微生物包括被认为是地球上的机会性病原体的微生物,如金黄色葡萄球菌(占已确定的总分离菌的10%),它通常在皮肤和鼻腔中发现,以及肠杆菌,它与人类胃肠道有关。在地球上,它们主要存在于健身房、办公室和医院,这表明国际空间站类似于其他由人类职业塑造微生物群系的建筑环境。

研究人员在国际空间站上发现的一些微生物也与地球上的微生物腐蚀有关。然而,它们在国际空间站腐蚀中所起的作用还有待确定。除了了解微生物和真菌有机体对宇航员健康可能产生的影响外,了解它们对航天器的潜在影响对于在长期太空任务中维护乘员车辆的结构稳定性也很重要,因为常规的室内维护不太容易进行。

研究人员利用传统的培养技术和基因测序方法,分析了在国际空间站上8个地点采集的表面样本,这些地点包括观景窗、厕所、运动平台、餐桌和睡觉区,历时14个月的3次飞行。这使他们能够检查不同地点和不同时间的微生物和真菌种群是否不同以及如何不同。

作者发现,虽然真菌群落是稳定的,但微生物群落在不同的地点是相似的,但随着时间的推移而变化。第二次飞行任务采集的样本比第一次和第三次飞行任务采集的样本具有更高的微生物多样性。作者认为,这些时间上的差异可能是由于国际空间站上不同的宇航员造成的。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:https://phys.org/news/2020-05-space-station-microbial-fingerprint-astronauts.html

https://phys.org/news/2019-04-nasa-catalogue-microbes-fungi-international.html

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责任编辑: 3976DBC

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