Нещодавнє масштабне дослідження мікробіому Міжнародної космічної станції виявило обмежене біорізноманіття, що може пояснювати проблеми зі здоров’ям в астронавтів та вимагає переосмислення підходів до мікробного середовища в космічних місіях.
Імунні проблеми астронавтів та їх потенційні причини
Астронавти на МКС, незважаючи на відмінне здоров’я та суворий медичний відбір, часто зазначають проблеми з імунною системою. Серед поширених симптомів — алергічні реакції та шкірні висипання різної етіології. Ці стани викликають занепокоєння спеціалістів космічної медицини.
“Важко визначити точні причини багатьох з цих симптомів, але ми вважаємо, що порушення мікробіому, які відбуваються в їхніх тілах і в навколишньому середовищі, можуть відігравати важливу роль”, — пояснює Родольфо Салідо Бенітес, дослідник біоінженерії з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. Він став співавтором найбільшого на сьогоднішній день дослідження мікробіому космічної станції.
Несподіваним відкриттям стала схожість мікробного та хімічного середовища МКС з ізоляторами для хворих на COVID-19. Така стерильність, всупереч інтуїтивним очікуванням, може негативно впливати на здоров’я екіпажу. Результати дослідження спонукають до переоцінки стандартів підтримання мікробного середовища у тривалих космічних польотах.
Методологія дослідження: безпрецедентний масштаб
На відміну від попередніх досліджень, які характеризувалися обмеженою вибіркою, нова робота включала аналіз понад 800 зразків. Ніна Чжао, співавторка дослідження, зазначає:
“Попередні дослідження використовували невелику кількість зразків, які не могли ідентифікувати всі мікробні та хімічні фактори, присутні там”.
Зразки збиралися з жовтня 2020 по квітень 2021 року з поверхонь у різних модулях американського орбітального сегменту станції. Астронавти використовували спеціальні двосторонні тампони для збору біологічного матеріалу. Після повернення на Землю зразки проходили два види аналізу: одна сторона використовувалася для секвенування ДНК, інша — для мас-спектрометричного аналізу.
Дослідники застосували передові методи аналізу, розроблені для надчистих середовищ. “Ми застосували деякі з методів, які використовуємо для моніторингу надзвичайно чистих середовищ, таких як завод зі складання космічних апаратів”, — зазначив Бенітес. Такий підхід забезпечив безпрецедентну детальність дослідження.
Результати: обмежене мікробне різноманіття
Аналіз генетичного матеріалу виявив, що мікробне різноманіття на МКС охоплює лише 6,31 відсотка філогенетичного дерева. Більшість мікроорганізмів потрапили на станцію з шкіри астронавтів. Розподіл таксонів варіювався залежно від функціонального призначення модулів.
Порівняльний аналіз з земними умовами виявив суттєву обмеженість космічного мікробіому:
- У фінських будинках мікроби покривають до 12,23% філогенетичного дерева
- У сільських будинках Південної Америки — 15,59%
- У природних екосистемах, таких як тропічні ліси, цей показник сягає 28,37%
Таке обмежене різноманіття може становити проблему для здоров’я екіпажу, оскільки попередні дослідження пов’язували недостатню мікробну різноманітність із підвищеним ризиком хронічних запальних захворювань, включаючи астму.
Переосмислення стерильності в космосі
Бенітес зазначає подібність мікробного середовища МКС до університетських ізоляторів під час пандемії COVID-19: “Всі поверхні постійно стерилізувалися, щоб мікробні підписи були стерті до того часу, як з’явиться інша людина”. Спираючись на ці спостереження, дослідники пропонують переглянути підходи до стерилізації на космічній станції.
“Широке використання дезінфікуючих хімікатів може бути не найкращим підходом до підтримання здорового мікробного середовища, хоча, безумовно, є ще багато досліджень, які потрібно провести”, — висловлює свою думку Бенітес. Можливо, замість боротьби з усіма мікроорганізмами, доцільніше забезпечити наявність корисних мікробів, які підтримують здоров’я людини.
Проектування майбутніх космічних кораблів з урахуванням мікробіому
Дослідження виявило закономірності поширення мікроорганізмів між модулями.
“Ми виявили, що мікроби в модулях з низькою людською активністю, як правило, залишаються в цих модулях і не поширюються. Коли ж людська активність у модулі висока, мікроби поширюються на сусідні модулі”, — зазначила Чжао.
Враховуючи ці спостереження, дослідники пропонують проектувати космічні кораблі так, щоб розподіляти модулі за рівнем людської активності. Модулі з високою активністю варто розміщувати на одному кінці, а ті, що повинні залишатися стерильними — на протилежному. Це допоможе запобігти перехресному забрудненню.
Майбутнє далеких космічних місій: екосистемний підхід
Для тривалих місій, зокрема на Марс, дослідники пропонують радикально новий підхід. Замість створення штучного мікробного середовища, Бенітес пропонує цілісний екосистемний підхід: “Я б обрав більш цілісний екосистемний підхід”.
Він уявляє майбутні космічні кораблі з повноцінними мікробними садами, де взаємодіятимуть різні організми — від мікробів до рослин і навіть запилювачів. Такі збалансовані, самодостатні екосистеми могли б забезпечити не лише підтримку технічних систем, але й здоров’я астронавтів.
“Нам потрібно буде думати не тільки про відправку астронавтів і машин, необхідних для їх функціонування, але й про всі інші форми життя, які нам потрібно буде відправити разом з ними”, — підсумовує Бенітес, окреслюючи новий підхід до планування далеких космічних місій.
#Мікробне #середовище #на #МКС #нагадує #ізолятори #COVID19
Source link
