Ludzki mikrobiom – czy da radę w kosmosie?
Powiedzieć, że kosmos nie jest przyjaznym miejscem dla ludzi, to jak nie powiedzieć nic. Międzygwiezdna, nieskończona przestrzeń jest śmiertelnie niebezpieczna dla ludzkich organizmów. Promieniowanie kosmiczne, ciśnienie, temperatura, nie wspominając o czarnych dziurach – to wszystko są czynniki, które sprawiają, że długodystansowe podróże kosmiczne, o których ludzkość marzy trzeba zaplanować w najmniejszych szczegółach.
Istnieje jeszcze jedno potencjalne zagrożenie, o którym ciągle mało wiemy, a które według naukowców zasługuje na uwagę. Są to drobnoustroje.
Nasz mikrobiom w kosmosie – co wiemy?
Astronauci borykają się z wieloma znanymi problemami zdrowotnymi w kosmosie, w tym utratą masy kostnej, zanikiem mięśni i problemami psychologicznymi. Ziemscy naukowcy coraz częściej odkrywają, w jaki sposób różne bakterie i inne mikroorganizmy żyjące wewnątrz i na zewnątrz ludzi — ludzki mikrobiom — wpływają na zdrowie fizyczne i psychiczne.
Przestrzeń kosmiczna to, co oczywiste, zupełnie inne środowisko niż Ziemia. Miejsce o wysokim poziomie promieniowania i mikrograwitacji. Chociaż nauka jest daleka od pewności, te ogromne różnice mogą spowodować nieoczekiwane zmiany w mikrobiomie astronautów. To z kolei może skutkować szeregiem problemów zdrowotnych, które mogą być bardziej widoczne podczas długich podróży kosmicznych. Kiedy zdecydujemy się odwiedzić inne planety.
David Pearce, naukowiec z Uniwersytetu Northumbria, autor artykułu z 2022 roku badającego, w jaki sposób podróż na Marsa może wpłynąć na mikroby w jelitach, jest zdania, że te mechanizmy są jeszcze na bardzo wczesnym etapie poznania. To sprawia, że zakres chorób pokrewnych i ich przebieg w kosmosie są wciąż trudne do przewidzenia.
Badania bezpośrednie utrudnia fakt, że tylko około 600 osób było kiedykolwiek w kosmosie. Wśród nich, większość nie przebywała tam długo, ponieważ średni czas podróży na Międzynarodową Stację Kosmiczną wynosi około sześciu miesięcy. Niektórzy badacze nie są jeszcze przekonani, że istnieją wystarczające dowody sugerujące, że ludzki mikrobiom w ogóle zmieni się w kosmosie.
Czy grozi nam dysbiosa?
Wielu badaczy, w tym Pearce, próbuje dowiedzieć się, czy astronauci wejdą w stan, w którym zagraża im dysbioza. Chodzi o niekorzystny stan zaburzenia flory bakteryjnej. Ponieważ nie będzie ich na Ziemi przez długi czas, dysbioza może stać się poważnym problemem. Czy będzie mieć znaczący wpływ na ich zdrowie, osłabiając zdolność do funkcjonowania.
Naukowcy starają się zrozumieć możliwy wpływ przestrzeni na mikrobiom w dwóch miejscach. Środowiskach naziemnych, które są w pewien sposób podobne do tych, których doświadcza się w kosmosie, lub w samej przestrzeni.
Mikrobiom badany na Ziemi
Norberto González-Juarbe, główny badacz z grupy badawczej zajmującej się mikrobiomami astronautów w Grupie Chorób Zakaźnych i Medycyny Genomicznej Instytutu J. Craiga Ventera, przygląda się mikrobiomom naukowców pracujących w stacjach Concordia i Neumayer w Antarktyda.
Pod pewnymi względami są to miejsca podobne do tych, w których przebywają astronauci podczas misji kosmicznych. Zwłaszcza pod względem czynników takich jak: ciemność, odosobnienie i ograniczony kontakt z ludźmi.
Zespół planuje przeanalizować próbki od naukowców z tych stacji, aby zobaczyć, jak zmienia się skład mikrobiologiczny ich przewodu pokarmowego. A także jak ich układ odpornościowy reaguje na warunki panujące na stacjach kosmicznych. Według Gonzáleza-Juarbe, wczesne wyniki wskazują na zmiany w drobnoustrojach jelitowych, a zespół obecnie przygląda się danym immunologicznym. Do końca bieżącego roku możemy spodziewać się opublikowania wyników jego prac.
… i w kosmosie
Jeśli chodzi o badania prowadzone w kosmosie, jest ich kilka. Na przykład w jednym z badań z 2019 r. porównano mikrobiomy astronauty Scotta Kelly’ego i jego brata bliźniaka Marka. Ten pierwszy udał się na ISS na prawie rok, począwszy od 2015 r. Badanie wykazało, że mikrobiom Scotta Kelly’ego rzeczywiście zmienił się. Zmniejszeniu uległa liczba bakterii zwanych Bacteroidetes , których rozregulowanie jest związane z problemami neurologicznymi, układu odpornościowego i metabolicznego. Nastąpił jednocześnie wzrost Firmicutes , rodzaju bakterii, które mogą pomóc w rozkładaniu niektórych skrobi i włókien.
W 2019 roku w innym badaniu przeprowadzonym przez J. Craig Venter Institute przyjrzano się dziewięciu astronautom, którzy spędzili na ISS od 6 do 12 miesięcy. Pobrano próbki z różnych obszarów skóry, nosa i języka, a także z różnych powierzchni stacji i jej zbiornika wodnego.
Na Ziemi autorzy badania wyodrębnili i zsekwencjonowali DNA z próbek, aby zobaczyć, jak zmieniały się mikrobiomy astronautów w czasie. Badanie wykazało, że liczba różnych drobnoustrojów skórnych, w tym rodzajów Gammaproteobacteria , zmniejszyła się. To według autorów może przyczynić się do powszechnego zjawiska wysypki i nadwrażliwości skóry. Odkrycia sugerują również, że zmienił się mikrobiom żołądkowo-jelitowy astronautów. Dwa rodzaje bakterii – Akkermansia i Ruminococcus , które wydają się odgrywać ważną rolę w utrzymywaniu integralności śluzu w przewodzie pokarmowym i rozkładaniu węglowodanów – odnotowały pięciokrotny spadek.
Zmiany mikrobiomu jelitowego mogą wpływać na metabolizm żywności, zdrowie kości, a nawet funkcje poznawcze. Dłuższe pobyty w kosmosie – jak 18 miesięcy podczas lotu na Marsa i z powrotem – prawdopodobnie pogłębią te problemy. „Powiedzenie: Jesteś tym, co jesz jest trochę prawdziwe” – mówi González-Juarbe. „Zmiany w ogólnym mikrobiomie będą miały wpływ na ogólny stan mózgu i zdrowie poznawcze”.
Są też sceptycy
Nie wszyscy są jednak przekonani, że mikrobiom człowieka zmienia się w kosmosie. Według Jacka Gilberta, profesora pediatrii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego i kierownika sekcji biologii w Scripps Institution of Oceanography, istniejące badania są zbyt skąpe, aby wyciągnąć jakiekolwiek wnioski. „Przy tak niewielkiej liczbie osób na górze”, dodał, „przeprowadzanie jakichkolwiek badań z jakimkolwiek rygorem statystycznym jest bardzo trudne”.
Gilbert jest również sceptyczny wobec badania bliźniąt Kelly. „Mamy wiele badań bliźniąt, które porównaliśmy w czasie na Ziemi i wszystkie wykazują znaczne odchylenia od siebie”.
Potencjalnie bardziej niepokojące dla ludzkiego zdrowia w kosmosie są drobnoustroje, które mogą wydostać się na zewnątrz człowieka i stać się bardziej niebezpieczne, powiedział Gilbert.
Badanie przeprowadzone przez Gilberta i jego współpracowników z 2019 r. sugeruje, że tak może być. W marcu 2016 roku astronauci w ISS pobrali próbki ze stołu w jadalni stacji. Sześć dni później próbki zostały przywiezione na Ziemię. Gilbert i jego zespół następnie wyizolowali drobnoustroje z próbki, wybrali dwa szczepy grzyba Fusarium oxysporum i zsekwencjonowali ich geny.
Następnie zespół porównał wyizolowane próbki grzybów z 62 innymi szczepami. Stwierdził, że genetyka próbek ISS różni się od genetyki ich odpowiedników naziemnych. Gilbert powiedział, że możliwe, że grzyb staje się bardziej patogenny w odpowiedzi na surowość przestrzeni kosmicznej. Jego zespół pracuje nad nowymi badaniami, które pomogą wyjaśnić to powiązanie.
Uwaga na mutacje!
Mikroby preferują ciepłe, wilgotne obszary, takie jak środowisko wewnątrz ludzkiego ciała. Tak więc mikroby, które wydostaną się z tego siedliska na zimne, suche powierzchnie – również narażone na promieniowanie i brak grawitacji – mogą zdobywać nowe umiejętności przetrwania przez pokolenia. „Niestety, niektóre z tych strategii przetrwania są związane z takimi rzeczami, jak oporność na antybiotyki lub zwiększona zjadliwość przeciwko ludziom”. Powiedział naukowiec.
Gilbert zauważył, że astronauci wybrani do podróży w kosmos są często okazami zdrowia. Prawdopodobieństwo, że zachorują na jeden z tych zbuntowanych drobnoustrojów, jest niewielkie. Jeśli jednak ktoś w długiej podróży na Marsa ma osłabiony układ odpornościowy z powodu zatrucia pokarmowego lub wyczerpania, może zostać zainfekowany przez „zmutowane” czynniki.
Według większości badaczy, dotychczasowe badania nad ludzkim mikrobiomem w kosmosie pozostawiają wiele niewiadomych. Nicole Buckley, kierownik zespołu programu SciSpacE Europejskiej Agencji Kosmicznej, nauki o środowisku kosmicznym – zauważyła, że trudno powiedzieć, czy jakiekolwiek dolegliwości w kosmosie, takie jak utrata snu, są spowodowane przez zakłócenia mikrobiologiczne. Być może powodem są inne dolegliwości.
Pokarm astronautów wpływa na ich mikrobiom
Jak dotąd niejasne jest również, w jaki sposób naukowcy mogą ponownie ustabilizować mikrobiom człowieka w kosmosie, jeśli zostanie on zakłócony wskutek choroby, powiedział Pearce.
Niektórzy badacze zauważyli jednak, że dość proste zmiany mogą mieć znaczenie dla astronautów. González-Juarbe sądzi, że dostarczanie świeżych owoców i warzyw oraz pokarmów bogatych w błonnik może sprzyjać rozwojowi drobnoustrojów wytwarzających krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe w żołądku. To wspomaga układ odpornościowy. Buckley zauważył, że żywność pre- i probiotyczna może również pomóc w tym obszarze.
Astronauci w kosmosie mają dostęp do liofilizowanej żywności, mówi Grace Douglas z NASA Advanced Food Technology Project. Ma ona „normalny poziom mikroorganizmów związanych z żywnością”, ale jest przetwarzana w celu uniknięcia jakichkolwiek patogenów. Astronauci otrzymują również niewielkie ilości świeżych owoców i warzyw w misjach z zaopatrzeniem. Jednak według Buckleya zdrowy mikrobiom wymaga ograniczenia ilości przetworzonej żywności. A nawet większej ilości świeżych owoców i warzyw oraz żywności bogatej w błonnik.
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) od ponad roku pracuje obecnie nad badaniem, w którym dostarcza związki znajdujące się w ludzkim mleku zwane oligosacharydami, połączoną grupą węglowodanów, do diety naukowców przebywających w stacji badawczej Concordia na Antarktydzie. Uważa się, że związki te są ważne w tworzeniu zdrowych mikrobiomów u niemowląt. Badanie przetestuje wpływ oligosacharydów na układ odpornościowy i nastrój badaczy.
Wciąż dużo niewiadomych
Istnieją jeszcze inne dziedziny, wymagające zbadania, które mogą pogłębić wiedzę naukową na temat wpływu kosmosu na ludzki mikrobiom. Na przykład istnieje potrzeba uzyskania większej ilości informacji o poszczególnych astronautach i ich równowadze mikrobiologicznej. To może dać odpowiedź na pytanie: co powoduje, że ich mikrobiomy stają się stabilne lub niestabilne.
Astronauci mogą napotkać znane patogeny oportunistyczne – drobnoustroje, które są zwykle łagodne, ale mogą stać się niebezpieczne, gdy układ odpornościowy danej osoby słabnie. Ale mogą istnieć też nieznane niewiadome, drobnoustroje, które ludzie przeniosą w kosmos, a które mają nieodkryty potencjał stania się patogennymi.
Czytaj także: Czy eksploracja kosmosu nam się opłaca?
Na podstawie materiału undark.org
