Salmonella w kosmosie jest agresywniejsza

Wiadomo, że długie przebywanie na orbicie zdrowe nie jest: dochodzi do zaniku tkanki mięśniowej, zwiększa się kruchość kości (identycznie jak przy osteoporozie), pojawiają się kamienie w nerkach i niedokrwistość. Na szczęście po powrocie na Ziemię naruszona równowaga organizmu wraca do normy.

Jest jednak inny problem: właśnie dowiedziono, że podczas dłuższych misji kosmicznych może się pojawić dużo większe ryzyko infekcji.

Brak grawitacji pobudza do działania

Cheryl Nickerson i Jennifer Barrila z Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiomics wraz ze współpracownikami z kilku innych amerykańskich ośrodków naukowych, stworzyły w laboratorium model odzwierciedlający warunki życia w mikrograwitacji i obserwowały, jak na nie zareagują szczepy bakterii Salmonella Typhimurium. Jest to patogen, który w epidemiologicznych rejestrach zatruć pokarmowych zajmuje pierwsze miejsce. Skażona nim żywność jest głównym źródłem większości chorób powodujących biegunkę, gorączkę i skurcze żołądka, które trwają od 4 do 7 dni, ale w ciężkich przypadkach konieczna bywa hospitalizacja.

Badaczki, które wyniki swoich eksperymentów opublikowały w czasopiśmie „Frontiers in Cellular and Infection Microbiology” argumentują, że naukowców zajmujących się drobnoustrojami interesują przeważnie wzajemne interakcje między mikroorganizmami a zainfekowanymi przez nie komórkami gospodarza. Pomijają przy tym ważny aspekt, jakim są siły fizyczne, które na te interakcje mogą mieć wpływ. Tymczasem w ich modelu odzwierciedlającym warunki panujące w kosmosie pałeczki salmonelli zachowywały się inaczej niż wobec komórek atakowanych na Ziemi.

Amerykańska hodowla pałeczek Salmonella Typhimurium w warunkach symulowanej mikrograwitacji jest pierwszą tego typu. Wykorzystano ją do zainfekowania trójwymiarowego modelu ludzkiego nabłonka jelitowego. Wierniej odwzorowuje on strukturę i zachowanie naturalnej tkanki w organizmie człowieka oraz lepiej przewiduje reakcje na zakażenie niż konwencjonalne hodowle laboratoryjne.

Nie zapomniano umieścić w nim makrofagów – jednego z rodzajów komórek odpornościowych, które są atakowane przez Salmonellę podczas każdej infekcji. A żeby zasymulować w laboratorium warunki, z jakimi spotykają się mikroby podczas hodowli w locie kosmicznym, hodowano je w płynnych pożywkach w specjalnym bioreaktorze.

Udało się wykazać, że takie warunki sprzyjają drastycznym zmianom w ekspresji genów bakterii związanych z jej niezwykłą zdolnością do kolonizowania komórek gospodarza oraz unikania obrony układu odpornościowego. Obserwacje te dotyczyły zarówno dzikiego szczepu Salmonella Typhimurium, jak i zmutowanego, wyhodowanego w symulowanych warunkach mikrograwitacji. Mówiąc krótko: patogeny były bardziej agresywne.

Badania z kosmosu przydatne na Ziemi

Prof. Cheryl Nickerson jest pionierką badań nad wpływem środowiska zmniejszonej grawitacji na drobnoustroje chorobotwórcze oraz nad ich oddziaływaniem na komórki ludzkie i zwierzęce. Swoje eksperymenty od 20 lat prowadzi na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej – włączono je do misji wahadłowców NASA, SpaceX oraz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ich wyniki pomogły położyć podwaliny pod całkiem nową dziedzinę badań, którą nazwano mechanobiologią chorób zakaźnych.

W komentarzu do najnowszych badań prof. Cheryl Nickerson podkreśla, że jednym z elementów, które ograniczają możliwość szybkiej eksploracji kosmosu przez ludzi, jest brak kompleksowego zrozumienia wpływu podróży kosmicznych na zdrowie załogi. Także, dodajmy, w obecności współpasażerów – drobnoustrojów, które mogą się przecież znaleźć w kabinie promu kosmicznego lub w żywności (mimo starań, aby była ona produkowana i dostarczana na pokład w warunkach sterylnych).

„To ma wpływ zarówno na eksplorację kosmosu przez zawodowych astronautów, jak i na cywilów uczestniczących w szybko rozwijającym się komercyjnym rynku kosmicznym na niskiej orbicie okołoziemskiej” – mówi naukowczyni.

Jej badania poszerzają jednak naszą wiedzę na temat zależności między patogenami i komórkami odpornościowych nie tylko w warunkach braku grawitacji. Mikroorganizmy towarzyszą przecież człowiekowi w każdej, także ziemskiej, podróży.