Космос может представлять неожиданную угрозу для кишечного микробиома

Более века люди мечтали о том дне, когда человечество (как вид) отправится в космос. В последние десятилетия эта мечта стала намного ближе к реализации благодаря развитию коммерческой космической индустрии, возобновлению интереса к освоению космоса и долгосрочным планам по созданию среды обитания на низкой околоземной орбите (LEO). 

Судя по прогрессу, становится ясно, что освоение космоса больше не будет уделом астронавтов и правительственных космических агентств.

Но прежде чем начнется «Великая миграция», необходимо решить множество вопросов. А именно, как длительное воздействие микрогравитации и космической радиации повлияет на здоровье человека? К ним относятся хорошо изученные аспекты потери плотности мышц и костей, а также то, как время в космосе может повлиять на функцию наших органов, сердечно-сосудистую систему и психологическое здоровье.

В недавнем исследовании международная группа ученых рассмотрела часто упускаемый из виду аспект здоровья человека: наш микробиом. Короче говоря, как время в космосе повлияет на наши кишечные бактерии, которые имеют решающее значение для нашего благополучия?

В состав группы вошли биомедицинские исследователи из Исследовательского центра по защите от ионизирующего и неионизирующего излучения (INIRPRC) Ширазского университета медицинских наук (SUMS), Ливанского международного университета, Международного университета Бейрута, колледжа MVLS Университета Глазго. , Центр прикладной математики и биоинформатики (CAMB) Университета Персидского залива в Кувейте, Институт ядерной физики (NPI) Чешской академии наук (CAS) и Технический университет Венского атомного института в Вене. Статья, описывающая их результаты, недавно появилась в журнале Frontiers of Microbiology.

Микробиом — это совокупность всех микробов, живущих в нашем организме и внутри него, включая бактерии, грибы, вирусы и соответствующие им гены. Эти микробы играют ключевую роль в том, как наш организм взаимодействует с окружающей средой, поскольку они могут влиять на то, как мы реагируем на присутствие инородных тел и веществ.

В частности, некоторые микробы изменяют инородные тела таким образом, что они становятся более вредными, в то время как другие действуют как буфер, смягчающий воздействие токсинов. Как отмечают они в своем исследовании, микробиота астронавтов будет испытывать повышенный стресс от микрогравитации и космического излучения, в том числе галактических космических лучей (ГКЛ).

Космические лучи — это высокоэнергетическая форма излучения, состоящая в основном из протонов и атомных ядер, лишенных электронов, которые были ускорены до скорости, близкой к скорости света.

Когда эти лучи генерируются элементами тяжелее водорода или гелия, их высокоэнергетические компоненты ядер известны как ионы HZE и представляют особую опасность. Когда они воздействуют на нашу атмосферу или защитную защиту на борту космического корабля или Международной космической станции (МКС), они приводят к появлению ливней вторичных частиц.

Хотя защитная магнитосфера и атмосфера Земли не позволяют большинству этих частиц достичь поверхности, астронавты в космосе регулярно подвергаются их воздействию.

Как отмечают авторы, предыдущие исследования показали, как это воздействие потенциально может повысить устойчивость астронавтов к радиации — процесс, известный как радиоадаптация. Однако они также отметили, что степень адаптации астронавтов варьировалась от одного астронавта к другому, причем некоторые из них испытывали неблагоприятные биологические последствия перед отправкой в дальний космос.

По этой причине они рекомендуют провести дальнейшие исследования для определения рисков, связанных с космической средой, поскольку она в основном состоит из протонов, воздействию которых астронавты подвергнутся, прежде чем столкнуться с частицами HZE.

Модель нескольких миссий НАСА предполагает, что первая миссия астронавта может быть адаптирующейся дозой. Однако команда отмечает, что текущие исследования показывают, что второй космический полет не обязательно увеличивает вероятность генетических аномалий настолько, насколько ожидалось. Это может означать, что у организма может быть естественный радиоадаптивный защитный механизм.

Что касается рекомендаций, команда назвала МКС идеальной средой для тестирования реакции микробиома человека на космическое излучение и микрогравитацию. Они также обращают внимание на нехватку исследований в этой области и на то, что долгосрочное воздействие радиации на микробиомы и бактерии окружающей среды плохо изучено: «Международная космическая станция (МКС) — это уникальная и контролируемая система для изучения взаимодействия между микробиомом человека и микробиомом среды его обитания. МКС — это герметично закрытая система, однако в ней обитает множество микроорганизмов… В этом контексте ученые НАСА не учел, что адаптация не ограничивается космонавтами и радиационным воздействием на бактерии внутри тела космонавта или что бактерии внутри космической станции могут вызывать устойчивость не только к высоким уровням повреждения ДНК, вызванным HZE, но также и к другим факторам, угрожающим активности бактерий, таким как как антибиотики».

Повышенная устойчивость к антибиотикам может быть опасной для жизни астронавтов, которые сталкиваются с риском травм и инфекций во время длительных миссий. Кроме того, они подчеркивают, как космические путешествия и длительное воздействие микрогравитации могут ослабить иммунную систему, снижая естественную устойчивость космонавтов к микробам, особенно тем, которые имеют высокий уровень устойчивости к радиации, теплу, ультрафиолету и высыханию и, следовательно, могут выжить в космосе. среда. Как они подводят итог: «В соревновании между астронавтами и их микробиомами за адаптацию к суровой космической среде микроорганизмы могут выйти победителями, поскольку они могут развиваться и адаптироваться быстрее, чем люди, благодаря быстрому приобретению микробных генов. У микроорганизмов гораздо более короткое время генерации, что позволяет им развиваться и адаптироваться быстрее, чем люди. произвести на свет еще больше потомков, каждое из которых будет иметь уникальные генетические мутации, которые помогут им выжить в космической среде».

По этой причине исследовательская группа подчеркивает, что необходимы дополнительные исследования для оценки степени адаптации микроорганизмов до начала миссий.

Это может иметь решающее значение для выявления потенциальных рисков и разработки стратегий их смягчения, новых методов лечения и вмешательств. Они также рекомендуют астронавтам регулярно проходить цитогенетические тесты для измерения их адаптивной реакции и отбирать для миссий, в которых они будут подвергаться более высоким дозам, только тех, кто демонстрирует высокую адаптивную реакцию на низкие дозы радиации.

Они также признают, что изучение микробиома космонавтов в космосе представляет собой ряд проблем. К ним относится сложность проведения экспериментов в условиях микрогравитации, которая может повлиять на рост и поведение микроорганизмов, что затрудняет получение точных и надежных данных.

Существует также потенциальная опасность распространения болезнетворных микроорганизмов в закрытой среде с системами рециркуляции воздуха.

Однако это исследование необходимо провести до того, как можно будет осуществить пилотируемое исследование дальнего космоса, поскольку оно потенциально может выявить потенциальные патогены и разработать стратегии предотвращения их распространения во время миссий.