科学家发现,太空可能对我们的肠道微生物组构成意想不到的威胁
一个多世纪以来,人们一直梦想着人类(作为一个物种)冒险进入太空的那一天。
近几十年来,由于商业航天工业(NewSpace)的兴起,对太空探索的重新兴趣,以及在月球表面的低地球轨道(LEO)建立栖息地的长期计划,这一梦想已经更接近实现,并且火星.
根据进展,很明显,太空探索不会为宇航员和政府航天机构保留太久。
但在“大迁徙”开始之前,有很多问题需要解决。也就是说,长时间暴露在微重力和太空辐射下将如何影响人类健康?其中包括肌肉和骨密度损失的充分研究方面,以及太空时间如何影响我们的器官功能以及心血管和心理健康。
在一个近期研究,一个国际科学家团队认为人类健康中经常被忽视的一个方面:我们的微生物组。简而言之,太空中的时间将如何影响我们的肠道细菌,这对我们的健康至关重要?
该团队由来自电离和非电离辐射防护研究中心(INIRPRC)的生物医学研究人员组成。设拉子医科大学(SUMS)、黎巴嫩国际大学、贝鲁特国际大学、格拉斯哥大学MVLS学院、应用数学与生物信息学中心(CAMB) 在科威特海湾大学,核物理研究所(NPI) 的捷克科学院 (CAS) 和维也纳原子研究所工业大学在维也纳。描述他们发现的论文最近出现在微生物学前沿.
微生物组是生活在我们体内和体内的所有微生物的集合,包括细菌、真菌、病毒,以及它们各自的基因。这些微生物是我们的身体如何与周围环境相互作用的关键,因为它们会影响我们对异物和物质存在的反应。
特别是,一些微生物会改变异物,使其更有害,而另一些微生物则充当缓冲剂,减轻毒素的影响。正如他们在研究中指出的那样,宇航员的微生物群将受到微重力和太空辐射(包括银河宇宙射线(GCR))的升高压力。
宇宙射线是一种高能辐射形式,主要由质子和原子核组成,这些质子和原子核被剥离了被加速到接近光速的电子。
当这些射线是由比氢或氦重的元素产生的,它们的高能原子核成分被称为HZE离子,特别危险。当这些影响我们的大气层或航天器上的保护性屏蔽或国际空间站(国际空间站),它们会导致次生粒子的阵雨。
虽然地球的保护性磁层和大气层阻止了这些粒子中的大多数到达表面,但太空中的宇航员经常暴露在它们面前。
正如作者所指出的,先前的研究表明,这种暴露可能会增强宇航员对辐射的抵抗力,这一过程被称为无线电适应。然而,他们也指出,宇航员适应的程度因宇航员而异,有些人在开始深空任务之前经历了不利的生物影响。
出于这个原因,他们建议进行进一步的研究,以确定与太空环境相关的风险,因为它主要由质子组成,宇航员在遇到HZE粒子之前会接触到质子。
美国宇航局的多任务模型表明,宇航员的第一次任务可以是适应剂量。然而,研究小组指出,目前的研究表明,第二次太空飞行不一定会像预期的那样增加遗传异常的机会。这可能意味着身体可能具有天然的放射适应性防御机制。
在建议方面,该团队称赞国际空间站是测试人类微生物组对空间辐射和微重力反应的理想环境。他们还解决了该领域研究的不足,以及辐射对微生物组和环境细菌的长期影响知之甚少:
“国际空间站(ISS)是一个独特的受控系统,用于研究人类微生物组与其栖息地微生物组之间的相互作用。国际空间站是一个密封的封闭系统,但它藏有许多微生物......在这种情况下,美国宇航局的科学家并不认为适应不仅限于宇航员和宇航员体内细菌的辐射暴露,或者空间站内的细菌不仅会诱导对HZE引起的高水平的DNA损伤产生抗性,而且还会对其他细菌活动威胁因素(如抗生素)产生抗性。
对抗生素的耐药性增加可能会危及宇航员的生命,他们在长期任务中面临受伤和感染的风险。此外,他们强调太空旅行和长时间暴露在微重力下会削弱免疫系统,降低宇航员对微生物的天然抵抗力——尤其是那些对辐射、热、紫外线和干燥具有高度抵抗力的宇航员,因此可以在太空环境中生存。正如他们总结的那样:
“在宇航员和他们的微生物组之间适应恶劣的太空环境的竞争中,微生物可能会成为赢家,因为它们可以通过快速获取微生物基因来比人类更快地进化和适应。微生物的世代时间要短得多,使它们能够产生更多的后代,每个后代都有独特的基因突变,可以帮助它们在太空环境中生存。
出于这个原因,研究小组强调,在执行任务之前,需要更多的研究来估计微生物的适应程度。
这对于识别潜在风险和制定缓解策略、新疗法和干预措施至关重要。他们还建议宇航员定期进行细胞遗传学测试,以测量他们的适应性反应,并且只有那些对低剂量辐射表现出高度适应性反应的宇航员才能被选中执行他们将暴露于更高剂量的任务。
他们还承认,在太空中研究宇航员微生物组存在一些挑战。其中包括在微重力环境中进行实验的困难,这会影响微生物的生长和行为,使得获得准确可靠的数据具有挑战性。
在具有循环空气系统的封闭环境中传播病原体也存在潜在危险。
然而,这是在实现载人深空探索之前需要进行的研究,因为它有可能识别潜在的病原体并制定防止其在任务期间传播的策略。