Utforskning av rymden är ett komplext och riskabelt uppdrag som kräver noggranna förberedelser och en grundlig förståelse för de utmaningar som livet i rymden innebär.
En av de mest kritiska aspekterna av denna strävan är astronauternas hälsa, som utsätts för extrema förhållanden, såsom mikrogravitation, joniserande strålning och miljöförändringar. I detta sammanhang har forskning om den mänskliga mikrobiomet och dess anpassning till rymdmiljön blivit ett avgörande studieområde för framgången för långsiktiga rymduppdrag, särskilt för resor till Mars.
Det mänskliga mikrobiomet är en uppsättning mikroorganismer som lever i symbios med vår kropp, särskilt i tarmen, huden och slemhinnorna. Dessa mikroorganismer spelar en avgörande roll i matsmältning, immunitet och reglering av olika fysiologiska processer.
Däremot kan rymdmiljön störa balansen i mikrobiomet, vilket kan få negativa konsekvenser för astronauternas hälsa. Därför har forskning om rymdmikrobiom blivit ett avgörande studieområde för att förstå hur mikroorganismer kan anpassa sig till rymdmiljön och hur detta kan påverka astronauternas hälsa. Mina medförfattare och jag diskuterar denna nödvändighet i våra nya Frontiers in Microbiology artikel.
Att integrera astromikrobiologisk beredskap i uppdragsplanering och genomförande är nödvändigt för att skydda astronauternas hälsa och välbefinnande och den övergripande framgången för ansträngningar på djupet av rymden.
Astromikrobiologi – studiet av mikroorganismer i yttre rymden – involverar förståelse av effekterna av mikrobiell persistens och succession på slutna system, såsom rymdfarkoster och livsmiljöer, och utveckling av teknologier, såsom rymdjordbruk och utvinning av mikrobiella sekundära metaboliter för medicin, smakämnen, och näringsläkemedel. Mikrobiomets sammansättning och funktion kommer sannolikt att genomgå förändringar under rymdfärd.
Att vidta lämpliga åtgärder för att stödja en frisk mikrobiom hos astronauter kan inte bara hjälpa till att upprätthålla deras hälsa under uppdraget utan också hjälpa till med deras rehabilitering när de återvänder till jorden. En av de största hälsoproblemen för astronauter är strålningsexponering. Rymdstrålning är väldigt annorlunda och mycket mer intensiv än strålning på jorden, vilket kan ha skadliga effekter på astronauternas hälsa.
Mikroorganismer som utsätts för strålning kan inducera resistens mot antibiotika, UV, värme, extrem torrhet och andra potentiellt dödliga faktorer. Därför är det viktigt att förstå de potentiella effekterna av strålning inte bara på människor utan också på deras mikrobiom för att utveckla effektiva riskreducerande strategier för rymduppdrag.
Genom att utforska astronauternas mikrobiom i rymden kan vi också ytterligare förstå hur rymdmiljön påverkar mikrobiomens sammansättning och mångfald. De unika förhållandena i rymden, såsom mikrogravitation, strålningsexponering och kostförändringar, kan potentiellt störa balansen i mikrobiomet. Genom att studera förändringar i mikrobiomet under rymdresor får forskare kunskap om hur dessa förändringar kan påverka astronauternas hälsa och håller för närvarande på att utveckla strategier för att mildra de negativa effekterna.
Att avvärja patogener i rymden
Dessutom kan studien av mikrobiomet hjälpa forskare att förstå effekten av rymdresor på immunsystemet. Mikroorganismerna som bebor olika delar av människokroppen spelar en avgörande roll för att upprätthålla god hälsa genom att producera viktiga vitaminer och hjälpa till med utvecklingen och regleringen av vårt immunsystem.
Förändringar i sammansättningen av tarmfloran orsakade av genetiska och miljömässiga faktorer kan öka sannolikheten för infektion med patogener, uppmuntra spridning av skadliga organismer som, under vissa miljömässiga eller genetiska förändringar, kan börja framkalla sjukdom och bidra till uppkomsten av inflammatoriska störningar.
Således spelar mikrobiomet en avgörande roll i bildandet och moduleringen av immunsystemet, och varje störning av det kan potentiellt påverka immunfunktionen. Att förstå hur rymdresor påverkar interaktionen mellan mikrobiomet och immunsystemet kan hjälpa till att utveckla strategier för att upprätthålla astronauternas hälsa och förhindra infektioner under långvariga rymduppdrag.
När forskare utforskar astronauternas mikrobiomet i rymden kan forskare också upptäcka nya mikroorganismer som kan ha unika egenskaper och förmågor som kan utnyttjas för olika tillämpningar, inklusive utveckling av nya läkemedel, antimikrobiella medel eller biotekniska framsteg.
Dessutom erbjuder de förändrade miljöförhållandena i rymden, såsom temperatur, syrenivåer och diffusionsbegränsningar, en möjlighet att optimera produktionen av värdefulla metaboliter av genetiskt modifierade mikroorganismer.
Men studiet av astronauternas mikrobiomet i rymden innebär också flera utmaningar och hinder. En potentiell fara med att studera astronauters mikrobiomet i rymden är den möjliga spridningen av patogena mikroorganismer i den inneslutna miljön av en rymdfarkost. Slutna utrymmen och system för återvunnen luft kan främja spridningen av patogena mikroorganismer, vilket kan vara farligt för astronauternas hälsa av flera skäl.
En rymdfarkosts instängda miljö, tillsammans med långvarig exponering för mikrogravitation, kan leda till att astronauternas immunsystem dämpas. Detta komprometterade immuntillstånd gör astronauter mer mottagliga för infektioner, vilket indikeras av studier som visar ett minskat immunsvar som hämmar deras förmåga att effektivt motverka potentiellt skadliga mikroorganismer.
Dessutom uppstår oro angående spridningen av antibiotikaresistensgener bland bakterier i astronauternas tarmmikrobiota, som underlättas av små cirkulära DNA-enheter som kallas plasmider. Denna spridning har potential att undergräva effektiviteten av antibiotika.
Den ofullständiga förståelsen av de invecklade interaktionerna mellan mikrobiellt liv i rymden och det mänskliga immunsystemet förvärrar risken för infektion. Följaktligen kan frisättningen av en patogen i en rymdfarkost avsevärt äventyra astronauternas hälsa, särskilt de med nedsatt immunförsvar, särskilt under långa uppdrag.
Att försumma astromikrobiologiska problem i ett bemannat rymduppdrag minskar avsevärt sannolikheten för framgång. Potentiell frisättning av patogener utgör omedelbara hälsorisker för astronauter, vilket äventyrar deras immunsystem och uppgiftsprestanda. Dessutom kan spridningen av antibiotikaresistensgener undergräva medicinska ingrepp, vilket förvärrar hälsoproblemen under uppdraget. Att ta itu med dessa problem är avgörande för uppdragets framgång och astronauternas välbefinnande.
Mer information: Seyed Mohammad Javad Mortazavi et al, Hur anpassningen av den mänskliga mikrobiomen till en hård rymdmiljö kan avgöra chanserna till framgång för ett rymduppdrag till Mars och bortom, Frontiers in Microbiology (2024). DOI:10.3389/fmicb.2023.1237564
Journalinformation: Frontiers in Microbiology
Tillhandahålls av Frontiers
