211service.com
Smrtící bakterie z vesmíru
Je známo, že vesmírné lety mají hluboké účinky na lidskou fyziologii, oslabují kosti a svaly astronautů a narušují jejich imunitní systém. Nová studie ukazuje, že jeho účinky na mikroorganismy mohou být stejně dramatické: Salmonella vyrostlý na palubě raketoplánu byl mnohokrát smrtelnější než jeho pozemské protějšky. Studie naznačuje, že NASA a další vesmírné agentury se možná budou muset obávat, že dlouhé mise s lidskou posádkou zvýší virulenci mikroorganismů, které astronauti nevyhnutelně nesou s sebou. To také poskytlo mikrobiologům náhled do Salmonella což může vést k novým terapiím infekcí na Zemi.
Přišlo z vesmíru: Salmonella typhimurium (nahoře) pěstované na palubě raketoplánu vykazovaly globální změny v genové expresi a produkci proteinů a byly mnohem smrtelnější než stejné kmeny pěstované na Zemi.
Astronautka Heide Stefanyshyn-Piper (dole), držící jeden z dvanácti kontejnerů Salmonella na palubě raketoplánu Atlantis v roce 2006. Otočením kliky v pravé ruce Stefanyshyn-Piper ponořila oddíly plné neaktivních bakterií do oddílů plných růstového média.
Výzkumníci v čele s Cheryl Nickerson , docent na Ústavu biodesignu Arizonské státní univerzity, to zjistil Salmonella vypěstovaný během mise raketoplánu STS-115 v roce 2006 prošel velkými změnami v expresi 167 genů. Když byly podány myším zpět na Zemi, bakterie se ukázaly mnohonásobně smrtelnější než ekvivalentní kmen pěstovaný na zemi.
Experiment jako první zkoumal změny v genové expresi mikroorganismu ve vesmíru. Vědci z Arizony poskytli důkaz, že jeden konkrétní Salmonella gen reguluje většinu molekulárních změn, kterými bakterie prošla. Tento globální regulátor, který, jak se zdá, pomáhá bakteriím reagovat na stres tím, že se stanou virulentnějšími, je potenciálním terapeutickým cílem pro budoucnost Salmonella léčby.
Důsledky pro lidský vesmírný let nejsou tak jasné. Nezdá se, že by se NASA měla obávat, alespoň ne v krátkodobém horizontu, říká David Robertson , ředitel společnosti Centrum vesmírné fyziologie a medicíny na Vanderbiltově univerzitě. Ale je nemožné úplně sterilizovat kosmickou loď, především proto, že lidé s sebou nosí tolik bakterií: bakteriální buňky v našich tělech výrazně převyšují naše vlastní. Čím delší jsou cesty, tím více se musíme obávat, říká Robertson. Pilotovaná mise na Mars, kterou navrhl prezident Bush, by trvala asi tři roky.
The Salmonella byly převezeny na palubu raketoplánu Atlantis v jakési pozastavené animaci, uzavřené uvnitř oddělených zkumavek. Jeden z astronautů aktivoval kultury bakterií zatlačením pístu do komory, která promíchala Salmonella s růstovým médiem. Po 24 hodinách byl píst zatlačen do jiné komory. Polovina bakterií byla poté smíchána s dalším růstovým médiem, aby zůstaly naživu, dokud se nevrátí na Zemi; druhá polovina byla smíchána s chemickým fixačním prostředkem, který zastavil jejich růst a zachoval je, aby mohla být po přistání raketoplánu studována jejich genová exprese.
Vědci na zemi provedli stejný experiment na stejném kmeni Salmonella , vyrostlé v prostředí, které napodobovalo teplotu, vlhkost a další podmínky na palubě raketoplánu, ale mělo zemskou gravitaci. Ve srovnání s těmito bakteriemi vykazovaly bakterie pěstované ve vesmíru velké změny v aktivitě 167 genů a v produkci 73 proteinů. Nižší koncentrace vesmírných bakterií způsobila smrtelné infekce u myší a vesmírné bakterie zabily více myší dříve než ty, které vyrostly na Zemi.
Nickerson říká, že tyto změny mohou být způsobeny mechanickým namáháním, které mikrogravitace uvaluje na bakteriální buňky. V mikrogravitaci jsou buňky ve zkumavce nebo v našich tělech ve stavu vztlaku, vznášejí se zavěšené, říká. Tím se mění proudění tekutin přes povrchy buněk, a tím i chování buněk.
Zdá se neintuitivní, že se výzkumníci mohou dozvědět o tom, jak se bakterie chovají v našich tělech na Zemi tím, že je umístí do prostředí tak umělého, jako je zkumavka na vesmírné lodi, říká Jeanne Becker , zástupce ředitele společnosti Národní vesmírný biomedicínský výzkumný ústav , v Houstonu. Když se na to podíváme z pohledu bakterií, říká, že chtějí být schopny přežít ve stresujícím prostředí – ať už jde o mikrogravitaci, útok imunitního systému nebo přítomnost antibiotik. Způsob, jakým bakterie reagují na stresující prostředí – například tím, že tvoří více či méně konkrétního proteinu – může výzkumníky nasměrovat k biochemickým cestám, na které by se mohla zaměřit nová terapeutika.
Kosmický let také mění genetickou aktivitu lidských buněk. Vyvinuli jsme se v prostředí jedné gravitace, říká Becker. Když odeberete gravitaci, dojde k zásadním změnám. Jedna studie ukázala, že let do vesmíru způsobil změny v expresi více než 1600 genů v buňkách lidských ledvin pěstovaných v kultuře. Becker říká, že se chystá mnoho dalších studií molekulárních účinků vesmírných podmínek na buňky, protože výzkumníci využívají výhod Mezinárodní vesmírné stanice.
Nickersonova skupina brzy zveřejní články o účincích vesmírných letů na kmen kvasinek a další Pseudomonas aeruginosa , bakterie, která v roce 1970 způsobila dosud jedinou závažnou infekci astronautů. K úspěšnému návratu do atmosféry po výbuchu na palubě Apollo 13 astronauti se stáhli z hlavní části svého plavidla do svého lunárního modulu, kde čelili nedostatku kyslíku, energie a vody. Za těchto extrémních podmínek se u astronauta Freda Haise vyvinula agresivní infekce prostaty způsobená Pseudomonas a po návratu domů byl několik týdnů vážně nemocný.
Většina infekcí astronautů ve vesmíru byla mírná – Haiseův případ je výjimkou – a žádná nebyla způsobena Salmonella . Nickerson říká, že se rozhodla studovat Salmonella protože dřívější experimenty, které simulovaly mikrogravitaci a další vesmírné podmínky, naznačovaly, že virulence bakterie se může ve vesmíru zvýšit. Zatímco Salmonella nikdy nebyla izolována od kosmických lodí, je to důležitý důvod, proč je jídlo určené pro Mezinárodní vesmírnou stanici diskvalifikováno, říká.
Skutečnost, že se alespoň jeden ošklivý brouk stane prokazatelně virulentnějším při kosmických letech, představuje nebezpečí, které mohlo být dříve nedoceněno, říká Kim Prisk , profesor medicíny na hl Laboratoř NASA na University of California, San Diego. Člověka to nutí přemýšlet o tom, jak agresivní by muselo být lékařské ošetření infikovaného subjektu ve vesmíru.
Důležitější, říkají Prisk a Becker, je identifikace arizonských vědců o globálním regulátoru virulence, který by mohl vést k léčbě Salmonella infekce. Je to dobrý příklad toho, jak může výzkum zaměřený na vesmírné lety vést k potenciálně důležitým a přínosným výsledkům zde na zemi, říká Prisk.