Förändrad extracellulär modell. Biomolekylär modell baserad på genuttrycksdataanalyser stöder minskningen av glukosmolekyler (blå gradient) och syrauppbyggnad (guldgradient) som föreslås inträffa i gränsskiktet runt cellen. Denna förändrade extracellulära miljö har antagits vara en effekt av minskade gravitationsdrivna krafter som verkar på cellvätskesystemet och har framställts som den biofysiska mekanismen som styr bakteriers beteende i rymden. Blå cirklar indikerar överuttryck av gener associerade med metabolism, medan guldcirklar representerar överuttrycket av sura tillståndsgener. Kredit:Zea et al (2016)
Minskad extracellulär transport av molekyler kan förklara förändringar i bakteriebeteende i rymden, enligt en studie publicerad den 2 november, 2016 i tidskriften med öppen tillgång PLOS ETT av Luis Zea från University of Colorado, Flyttblock, och kollegor.
Att förstå bakteriers beteende i rymden är viktigt för att skydda astronauter på långa rymdfärder, och tidigare forskning har visat att bakterier beter sig annorlunda i mikrogravitationsmiljön i rymden. Till exempel, i rymden, bakterier förökar sig till högre antal och är i vissa fall mer virulenta och mindre mottagliga för antibiotika. Forskare hade tidigare teoretiserat att detta beteende beror på bristen på gravitation som minskar rörelsen av extracellulära molekyler och leder till minskad tillgång till näringsämnen, dock, det fanns få bevis för att stödja denna teori.
För att få mer insikt i den reducerade extracellulära transportmodellen, författarna till denna studie jämförde genuttryck mellan E coli odlas på den internationella rymdstationen och odlas på jorden. Författarna fann att i rymden, bakterier uttryckte fler gener förknippade med svältförhållanden, inklusive gener som kodar för proteiner för aminosyrasyntes, glukosnedbrytning och användning av alternativa kolkällor. Detta genuttrycksmönster är sannolikt en reaktion på minskad glukostillgänglighet, stödja modellen för minskad rörelse av molekyler i bakteriens extracellulära miljö.
Dessa nya genuttrycksdata ger därför ytterligare bevis för att det förändrade beteendet hos bakterier i rymden beror på minskad gravitation som driver minskad extracellulär transport av molekyler. Framtida rymdfärdsexperiment som undersöker en mängd andra bakteriearter under olika tillväxtförhållanden kan hjälpa till att förklara förändringar i bakterietillväxt och virulens som avsevärt kan påverka människor som lever i rymden.
"Mikrogravitationsmiljön på den internationella rymdstationen används nu för otaliga forskningslinjer, till exempel:utveckling av vaccin, hitta nya molekylära mål mot läkemedelsresistenta patogener, och testning av molekyler som ska användas mot osteoporos eller cancer, " säger Zea. "Denna nya förståelse för hur extracellulära biofysiska processer initierar mekaniska transduktionssignaler i bakterier i rymden kan inte bara tjäna till att skydda astronauter när de vågar sig bortom jordens omloppsbana, men även dessa andra forskningslinjer."
