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微生物如何影響宇航員的健康

來源:泰然健康網(wǎng) 時(shí)間:2024年12月27日 16:50

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隨著太空旅行的不斷發(fā)展,研究人員們對(duì)太空中的微生物(當(dāng)然,這些微生物還是來自地球的)產(chǎn)生了興趣。

一方面,我們現(xiàn)在已經(jīng)知道,在太空中宇航員確實(shí)會(huì)面臨許多健康問題,包括骨密度下降、肌肉萎縮以及心理問題等等。另一方面,在地球上,研究人員們對(duì)(來自人體內(nèi)部和外部的)微生物與人體健康間的聯(lián)系已經(jīng)有建立起一定的理解。

我們都知道,太空是一個(gè)與地球完全不同的環(huán)境,具有高輻射水平以及微重力。盡管目前從科學(xué)層面還未確定,但這些環(huán)境條件的差異可能會(huì)導(dǎo)致宇航員微生物組發(fā)生意想不到的變化。進(jìn)一步考慮,這些變化可能會(huì)產(chǎn)生一系列的健康問題,尤其是在太空長(zhǎng)途旅行中。

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雖然有以上諸多的考慮,但實(shí)際上,即使在地球上,我們對(duì)微生物組被破壞造成的影響也知之甚少,諾森比亞大學(xué)生物科學(xué)研究員大衛(wèi)·皮爾斯(David Pearce)說到。(大衛(wèi)博士是2022年一篇論文的作者,該論文討論了火星之旅如何影響腸道中的微生物)。

直接對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行研究肯定是很困難的,因?yàn)槟壳爸挥写蠹s600人去過太空。那些參加過太空之旅的人們通常都不會(huì)停留太長(zhǎng)的時(shí)間,前往國(guó)際空間站的平均時(shí)間大約為6個(gè)月。事實(shí)上,一些研究人員并不相信有足夠的證據(jù)表明人體微生物組在太空中會(huì)發(fā)生很大的變化。

不管怎樣,皮爾森在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)還是試圖弄清楚宇航員的微生物組是否會(huì)發(fā)生某些不利的變化(這種變化被稱為生態(tài)失調(diào))?!耙?yàn)樗鼈儗㈦x開很長(zhǎng)時(shí)間,所以這種生態(tài)失調(diào)可能會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)重的問題”,皮爾森說道:“這或許會(huì)導(dǎo)致宇航員的健康出現(xiàn)問題,或者損害他們的正常生理功能”。

研究人員們?cè)噲D在從兩個(gè)地方研究太空對(duì)微生物組可能產(chǎn)生的影響:地面上設(shè)置的具有類似太空環(huán)境的地方或者直接在太空中。關(guān)于前者的一個(gè)例子是,J·Craig Venter研究所傳染病和基因組醫(yī)學(xué)小組宇航員微生物組的首席研究員Norberto González-Juarbe正在研究在南極洲的兩個(gè)科考站(Concordia和Neumayer)中工作的研究人員的微生物組。因?yàn)檫@些地方部分模擬了宇航員在太空中的經(jīng)歷,比如黑暗、幽閉以及有限的人類接觸。

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該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃分析來自這些科考站的研究人員的樣本,以了解他們胃腸道微生物組如何發(fā)生變化,以及他們的免疫系統(tǒng)如何對(duì)這種類似空間站的環(huán)境做出反應(yīng)。

根據(jù)González-Juarbe的說法,他們的早期研究結(jié)果表明,在這些環(huán)境中微生物組確實(shí)會(huì)發(fā)生變化,目前該團(tuán)隊(duì)正在研究免疫學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù),他們預(yù)計(jì)會(huì)在今年年底前公布研究結(jié)果。

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目前也有一些研究聚焦于真實(shí)太空環(huán)境中的微生物組變化。例如,2019年的一項(xiàng)研究對(duì)宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)和他的雙胞胎兄弟馬克(Mark)的微生物組進(jìn)行了比較。兩兄弟中,斯科特從2015年開始在國(guó)際空間站工作了近一年,因此研究人員們假設(shè)太空生活確實(shí)對(duì)他的微生物組產(chǎn)生了影響。

最終,分析結(jié)果表明,在斯科特的微生物組中,擬桿菌(Bacteroidetes)的數(shù)量減少了(這類細(xì)菌的失調(diào)與神經(jīng)、免疫系統(tǒng)以及代謝問題相關(guān))而厚壁菌(Firmicutes)的數(shù)量卻發(fā)生了增加(這類細(xì)菌能夠幫助分解某些淀粉以及纖維)。

圖片斯科特·凱利(左)和馬克·凱利(右),圖片來源網(wǎng)絡(luò)

2019年,J·Craig Venter研究所的另一項(xiàng)研究對(duì)九名在國(guó)際空間站上待過6到12個(gè)月的宇航員進(jìn)行了研究。研究人員對(duì)宇航員皮膚、鼻子、舌頭等部位進(jìn)行采樣。另外,研究人員也收集了糞便、血液和唾液等樣本,以及來自空間站及蓄水裝置表面的樣本。

通過DNA測(cè)序,該研究發(fā)現(xiàn),多種皮膚微生物,包括屬于變形菌綱(Gammaproteobacteria)的細(xì)菌數(shù)量都減少了,研究人員推測(cè),這種變化可能導(dǎo)致太空宇航員經(jīng)常出現(xiàn)皮疹和皮膚敏感反應(yīng)。

研究結(jié)果還表明,宇航員的胃腸道微生物組發(fā)生了變化,其中,阿克曼菌(Akkermansia)和瘤胃球菌(Ruminococcus)數(shù)量甚至減少了五倍(這兩類細(xì)菌在維持消化道黏膜完整以及分解碳水化合物等方面都發(fā)揮著重要作用)。

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“腸道微生物組的變化會(huì)直接影響食物的新陳代謝、骨骼健康,甚至認(rèn)知能力”,González-Juarbe說到。在太空中停留的時(shí)間更長(zhǎng)(比如往返火星需要18個(gè)月),可能會(huì)使這些問題變得更復(fù)雜?!八自捳f,‘人如其食’,這話是有道理的”González-Juarbe說道:“整體微生物組的變化將對(duì)你的整體大腦健康和認(rèn)知健康產(chǎn)生影響”。

然而,也不是所有人都相信太空會(huì)改變?nèi)梭w微生物組的組成。主要的原因還是現(xiàn)在的研究太少了,很難得到一些確切的結(jié)論。加州大學(xué)圣地亞哥分校兒科教授兼斯克利普斯海洋學(xué)研究所生物學(xué)系主任杰克吉爾伯特說:“去過那里的人太少了,做任何具有統(tǒng)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性的研究都很難”。

吉爾伯特對(duì)于凱利雙胞胎研究也持懷疑態(tài)度:“我們有很多雙胞胎研究,隨著時(shí)間的推移,哪怕在地球上進(jìn)行比較,他們之間也會(huì)顯示出顯著的偏差”。

吉爾伯特認(rèn)為,在太空中更關(guān)心人體健康的可能是微生物,脫離身體會(huì)讓它們的處境變得更加危險(xiǎn)。吉爾伯特和他的同事在2019年進(jìn)行的一項(xiàng)研究提供了一些證據(jù)。2016年3月,國(guó)際空間站的宇航員從空間站的餐桌上收集了樣本。六天后,樣本被帶回地球。吉爾伯特和他的團(tuán)隊(duì)分離了樣本中的微生物,選擇了兩個(gè)金黃尖鐮孢菌(Fusarium oxysporum)株系進(jìn)行了測(cè)序研究。

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之后,研究人員將分離的真菌樣本與其它62個(gè)陸地菌株樣本進(jìn)行了比較,結(jié)果表明,來自國(guó)際空間站樣本中的菌株與陸地菌株存在遺傳差異。另外,該團(tuán)隊(duì)還利用線蟲進(jìn)行了感染實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,來自空間站樣本的菌株能殺死更多的線蟲。

吉爾伯特表示,太空的嚴(yán)酷環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致真菌變得更加致命,目前他的團(tuán)隊(duì)正在開展進(jìn)一步的研究以闡明兩者的關(guān)聯(lián)。微生物喜歡溫暖潮濕的環(huán)境,比如人體內(nèi)部。因此,為了避免從舒適的棲息地中游離出來,飄到寒冷干燥的環(huán)境中,微生物必須獲得新的生存技能,不幸的是,這些新的生存策略可能與抗生素耐藥或?qū)θ梭w的毒性增強(qiáng)相關(guān)。

吉爾伯特指出,能被選擇進(jìn)入太空的宇航員通常都非常健康,因此他們因這些微生物而生病的機(jī)會(huì)很小,但是,如果有人在火星長(zhǎng)途旅行中因食物中毒或疲憊導(dǎo)致免疫系統(tǒng)減弱,這些幸存下來的瘋狂微生物們就會(huì)帶來嚴(yán)重的健康問題。

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對(duì)于太空中人類微生物組的研究目前還存在著諸多未知。歐洲航天局SciSpacE(Science of space environment)項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人妮可·巴克利(Nicole Buckley)指出,很難說太空中的任何疾病,比如睡眠不足等等, 是否是由微生物失調(diào)引起的。

皮爾斯指出,到目前為止,我們還不知道如何在太空中重新穩(wěn)定一個(gè)人的微生物組(如果這個(gè)人發(fā)生了嚴(yán)重的微生組失調(diào)且已經(jīng)到了生病的地步)。現(xiàn)有的一些手段,比如糞便移植——將有益細(xì)菌從健康供體的糞便中移植到生病的人身上,雖然可以幫助患有某些疾病的人恢復(fù)免疫功能。但微生物組是非常復(fù)雜的,“這和去使用一種有確切作用的藥物完全不同,你正在管理的是一個(gè)有機(jī)體”。

另一方面,一些研究人員指出,即使是簡(jiǎn)單的變化也可能會(huì)對(duì)宇航員的健康產(chǎn)生影響。González-Juarbe表示,提供新鮮水果和蔬菜以及高纖維食物可以幫助胃中產(chǎn)生短鏈脂肪酸的微生物生長(zhǎng),這有助于維護(hù)免疫系統(tǒng)正常運(yùn)作。巴克利指出,益生菌和益生菌食品等等在這方面也有所幫助。

根據(jù)美國(guó)宇航局先進(jìn)食品技術(shù)項(xiàng)目格蕾絲·道格拉斯(Grace Douglas)的一封電子郵件指出,他們會(huì)為太空中的宇航員提供凍干食品,這些食品具有“正常水平的食物相關(guān)微生物”,且各種病原體都通過加工被除掉了。另外,通過一些補(bǔ)給任務(wù),宇航員還能獲得少量的新鮮水果和蔬菜。

盡管這樣,根據(jù)巴克利的說法,如果要維持宇航員微生物組的健康,就必須限制加工食品的食用,而應(yīng)該提供更多的新鮮水果、蔬菜以及高纖維食品。

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歐空局目前正在進(jìn)行一項(xiàng)研究,他們將在人類母乳中發(fā)現(xiàn)的被稱為低聚糖的化合物,添加到于南極Concordia科考站停留一年多的研究人員的飲食中。這些化合物被認(rèn)為與嬰兒健康微生物組的構(gòu)建密切相關(guān),該研究將測(cè)試低聚糖對(duì)研究人員微生物組、免疫系統(tǒng)以及情緒的影響。

參考文獻(xiàn):

https://undark.org/2022/11/02/the-mysteries-of-the-astronaut-microbiome/#

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作者/捉蝴蝶的貓

復(fù)審/莫十二

編輯/果粒珍珍

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