Besättningsmedlemmar som deltog i Mars500-experimentet visade betydande förändringar i deras tarmmikrobiota från deras 520 dagar i fångenskap, enligt en ny studie av forskare vid Université de Montreal och McGill University.

Studien, publiceras idag i Computational and Structural Biotechnology Journal och finansierat av den kanadensiska rymdorganisationen, analyserade data från fekala prover från sex besättningsmedlemmar från Ryssland, Europa och Kina.

Besättningen bodde i en helt sluten livsmiljö i Moskva från juni 2010 till november 2011 för att simulera ett bemannat uppdrag till Mars, som internationella rymdorganisationer hoppas kunna göra på 2030-talet. Deras instängdhet var den längsta som någonsin genomförts med människor under kontrollerade förhållanden.

Målet:att testa effekten av att leva avskilt från världen på den fysiologiska och psykologiska hälsan. I slutet, alla sex besättningsmedlemmar dök upp med stora förändringar i sin kroppsmassa, muskelstyrka och andra indikatorer, tidigare studier har visat.

Upptäckten av mikrobiomförändringar representerar en saknad länk mellan dessa symtom och fördjupar forskarnas förståelse för hur väl astronauter kommer att kunna arbeta i och återhämta sig från långvarig rymdfärd, samt hur människor i allmänhet interagerar med sina livsmiljöer.

Stora störningar i ämnesomsättningen

Förutom att drabbas av betydande förluster av kroppsmassa och muskelstyrka, efter att de kom ut ur förlossningen visade Mars500-besättningen stora prediabetiska störningar i sin glukosmetabolism, ett symptom som ofta ses efter en lång rymdfärd.

I deras studie, forskarna använde nyutvecklad genomteknologi för att identifiera flera mikrobiomförändringar i besättningen, inklusive förluster av nyttiga tarmbakterier som normalt bryter ned resistent stärkelse, förbättra näringsupptaget och förhindra tarminflammation.

Analysen upptäckte också att lång instängdhet verkade öka ett antal tarmbakterier som nyligen upptäckts hos människor och vars betydelse för människors hälsa ännu inte är riktigt förstått.

"Vi måste vara försiktiga så att vi inte antar ett orsakssamband mellan förändringar i tarmmikrobiomet och störningen av besättningens metabolism, " sa UdeM-biolog Nicholas Brereton, studiens huvudförfattare och forskare vid universitetets Institut de Recherche en Biologie Végétale.

"Ett viktigt steg"

"Men den betydande minskningen av dessa speciella tarmbakterier är vettig med symtomen och identifieringen av betydande mikrobiomförändringar är ett viktigt steg mot att skydda astronauternas hälsa."

Tillade sin kollega och medförfattare Frédéric Pitre, en UdeM-biolog:"Vad vi är fascinerade av är den betydande ökningen av specifika okända mikrobiella arter som har observerats i andra nya studier med avancerad metagenomisk teknik, men som fortfarande är något av ett mysterium."

Försämring av astronauters muskuloskeletala och metabola hälsa är känd för att vara en stor riskfaktor vid rymdfärd, och effekten förväntas förstärkas i mer långvariga uppdrag som under ett bemannat uppdrag till Mars.

För sina studier, Brereton och hans team utvecklade högupplösta genomiktekniker för att exakt identifiera och kvantifiera tarmmikrobiomer – och så småningom fann de att över 200 delades mellan besättningen.

"Vanligt för individer"

"Väsentliga delar av den mänskliga mikrobiomet är mycket unika för varje individ, ungefär som alla andra ekosystem, men det finns också viktiga tarmbakterier som är vanliga hos individer, sa Emmanuel Gonzalez, en metagenomisk specialist vid McGills Interdisciplinary Initiative in Infection and Immunity.

"Att bedöma mikrobiomet i mycket hög upplösning gjorde att vi kunde observera dessa betydande delade förändringar i Mars500-besättningen som inte tidigare setts, sa Gonzalez, studiens seniorförfattare, som också är knuten till McGill's Canadian Center for Computational Genomics.

"En annan intressant jämförelse, " han lade till, "var mellan besättningens tarmbakterier och de på ytorna av deras förseglade livsmiljö, som ger verklig insikt i i vilken utsträckning de mänskliga och miljömässiga mikrobiomen kan interagera som en typ av dialog mellan ekosystem."

"Omanalys av Mars500-experimentet avslöjar vanliga förändringar i tarmmikrobiom hos astronauter orsakade av långvarig instängning, " av Nicholas Brereton, Frédéric Pitre och Emmanuel Gonzalez, publicerades 22 april, 2021 i Computational and Structural Biotechnology Journal .