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图片来源：Pixabay 来源 科研圈 作者 Doug Johnson 翻译 阿金 编辑 魏潇 从黑洞到宇宙热寂，对人类来说太空危险重重。但我们在谈论长途太空之旅时，还存在其他更微小的潜在危害，一些研究人员表示可能更值得关注：来自地球的微生物。 宇航员在太空和飞行过程中面临着许多已知的健康问题：骨质流失、肌肉萎缩和心理问题等。而在地球上，研究人员越来越多地了解到，生活在人类体内外的各种细菌以及其他微生物——人类微生物组（human microbiome），也会影响生理和心理健康。 当然，太空是与地球完全不同的环境，辐射和微重力环境特别具有破坏力。尽管科学还不能确定，这些巨大差异可能引发宇航员微生物组产生意想不到的变化。反过来还可能导致一系列健康问题，在长途太空旅行中可能尤为明显（例如前往另一个星球的长途飞行）。 尽管如此，即使发生在地球上，微生物组遭破坏后产生的后果也知之甚少，英国诺森比亚大学（Northumbria University）的生物科学学者大卫·皮尔斯（David Pearce）如此说道。2022 年他发表了一篇论文，探索了飞往火星的太空之旅可能以何种方式影响肠道中的微生物。这为旅途中可能发生的、难以预测的疾病划定了一个范围。直接研究很有限，因为目前只有大约 600 人去过太空。而且他们的太空之旅并不算长久——在国际空间站平均逗留时间约 6 个月。一些研究人员仍不确定存在足够证据表明人类微生物组会在太空中发生巨变。 不过，包括皮尔斯在内的许多研究人员，仍试图搞清楚宇航员是否会陷入微生态失调，即他们体内的微生物组向着不利的方向发生变化。“因为他们要远离地球很长一段时间，所以微生态失调是否会变成严重问题？”他说，“或者影响健康，导致正常功能受损呢？” 1 研究人员试图在两个地点理解太空对微生物组的可能影响：与太空经历相似的陆地环境，以及太空本身。以前者为例，美国克雷格·文特尔研究所（J. Craig Venter Institute）传染病和基因组医学组的宇航员-微生物组学研究团队首席研究员（PI）诺贝托·冈萨雷斯-朱尔贝（Norberto Gonzalez-Juarbe）正研究在南极康宏站（Concordia）和诺伊迈尔站（Neumayer）工作的科研人员体内的微生物组。他说这些地方一定程度上类似于宇航员在太空中所经历的环境，尤其是黑暗、封闭以及有限的人际交流。 团队计划分析南极站科研人员提供的样本，观察其微生物组成在肠道中的变化过程，以及他们的免疫系统如何应对类似于空间站的环境。冈萨雷斯-朱尔贝表示，早期结果表明肠道微生物发生了变化，目前团队正在分析免疫学数据，他希望今年年底能够发表相关成果。 至于在太空中展开的研究，数量仍然稀少。例如，一项 2019 年的研究比较了宇航员斯科特·凯利（Scott Kelly）与其双胞胎兄弟马克（Mark）的微生物组，前者于 2015 年在国际空间站生活了近一年。研究发现，斯科特的微生物组确实在太空中发生了变化。此外，在飞向太空的旅途中，他的微生物组也出现了短暂的变化：拟杆菌门（Bacteroidetes）细菌减少了，这种细菌的失调与神经系统、免疫系统和代谢问题相关；而厚壁菌门（Firmicutes）细菌则增加了，这类细菌有助于分解特定的淀粉和纤维。 2019 年，克雷格·文特尔研究所的另一项研究调查了 9 名在国际空间站停留了 6 至 12 个月的宇航员。他们不仅收集了自己皮肤、鼻部以及舌部不同部位的样本，还收集了粪便、血液和唾液样本，另外还有空间站各处表面及其蓄水池的样本。 返回地球之后，研究作者提取出样本中的 DNA 并进行了测序，以检测宇航员微生物组随着时间发生的变化。研究发现很多种皮肤微生物，包括变形菌门（Proteobacteria）下的各类细菌，数量都有所下降。研究人员推测这可能导致了宇航员在太空中经历的皮疹、皮肤过敏等常见的皮肤问题。研究结果还提示了宇航员的肠道微生物组也发生了变化，其中两种在维持肠道黏液完整、降解碳水化合物方面发挥重要作用的阿克曼氏菌（Akkermansia）和瘤胃球菌（Ruminococcus），数量减少到了原来的五分之一。不过宇航员返回地球后，这些肠道菌群大部分都恢复至原来水平。 肠道微生物组变化会影响食物代谢、骨骼健康，甚至认知功能，冈萨雷斯-朱尔贝说道，他本人没有参与 2019 年的研究。长期太空旅行，例如飞往火星的 18 个月，以及之后的返程，可能会加剧这些问题。“'人如其食’这句话是对的。”他说，“整个微生物组的变化会影响你整个大脑的健康和认知健康。”
正在对生物样本进行操作的国际空间站中的宇航员 图片来源：NASA 2 然而，并非所有人都相信人类微生物组会在太空中变化。美国加利福尼亚大学圣迭戈分校（UC San Diego）的儿科学教授、斯克利普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）生物部门主任杰克·吉尔伯特（Jack Gilbert）表示，现有研究的主体太少了，无法得出具体结论。“因为进入太空的人太少。”他补充道，“完成任何具有严格统计意义的研究都非常困难。” 吉尔伯特也对凯利双胞胎的研究保持怀疑：“我们在地球上比较过许多双胞胎，研究结果表明，随着时间推移他们彼此之间也表现出显著差异。” 更让人担心的太空健康问题在于，微生物可能会逃出人体，变得更加危险，吉尔伯特说道。2019 年他和团队展开的研究表明，这可能是真的。2016 年 3 月，国际空间站宇航员采集了空间站餐桌上的样本。6 天之后，样本被带回地球。吉尔伯特团队分离出其中的微生物，挑选出两株尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum），进行了基因测序。 随后，团队将分离出的真菌样本与 62 个其他菌株做了对比，发现空间站样本的基因组不同于地球版本。团队还将线虫同时加入两组样本中，发现来自空间站的一些微生物对线虫的杀伤力更大。 吉尔伯特说，可能是为了应对太空更加严苛的环境，这些真菌变得更具致病性，但他的团队正展开新研究，确定两者之间的关系。微生物偏好温暖、湿润的环境，例如人的体内环境。所以，它们逃逸出人体，落到寒冷干燥的表面后，还要面对辐射、缺乏重力等挑战，要经历数代才能学会新的生存技巧。“很不幸的是，”他补充道，“有一些生存技巧与抗生素耐药性、或者人体毒性增强相关。” 吉尔伯特指出，许多被选出去太空的宇航员都特别健康，所以他们会因这些失常微生物而生病的几率很小。然而，如果在去往火星的长途飞行过程中，某人因为食物中毒或者身体疲劳而导致免疫系统衰弱，可能会感染上这些“硬核幸存者”。 3 现有针对太空中人类微生物组的研究仍留有大片空白。例如，欧洲航天局太空环境科学（SciSpacE）项目的团队领导尼克·布克莱（Nicole Buckley）注意到，很难说太空中的任何健康问题由微生物失衡引起，例如失眠。或者，很难判断微生物是致病源头，还是说它们也只是对其做出了反应。 而且，皮尔斯还表示，要是太空中的微生物组真失控到致病的程度，研究人员还不清楚应该如何重新稳定这些微生物。例如，粪便移植是一种将健康捐赠者粪便内的有益细菌移植到患者体内的治疗方法，能帮助患有某些疾病的人恢复免疫功能。但因为微生物组非常复杂，“并不像吃什么药就有什么效果。”他补充道，“你用到的微生物可能定植成功，然后获得理想结果，但也可能它无法定植，也无法产生你希望的结果。” 不过，一些研究人员发现，相当简单的改变可能会对宇航员产生不同效果。冈萨雷斯-朱尔贝说，食用新鲜蔬菜水果以及高纤维食物可以促进微生物生长，在胃中生成短链脂肪酸，支持免疫系统。布克莱则表示益生元和益生菌食品也有助于免疫系统。 美国航空航天局先进食品技术项目（NASA’s Advanced Food Technology Project）的格蕾丝·道格拉斯（Grace Douglas）在邮件中写道，太空中宇航员获得的冻干食物确实具有“正常水平的食物相关微生物”，且经过加工之后不含有任何病原体。宇航员还能通过补给获得少量的新鲜水果和蔬菜。但是，布克莱说，要微生物组保持健康，就要控制摄入加工食物，吃更多的新鲜蔬果和高纤维食物。
在国际空间站培育植物。图片来源：NASA 欧洲航天局目前正展开一项研究，将人类母乳中发现的一组碳水化合物相关寡糖（oligosaccharides）添加入在南极康宏站生活了一年多的科研人员的饮食中。这些成分被认为对在婴儿体内创造健康的微生物组非常重要。研究将检测这种寡糖对康宏站人员微生物组、免疫系统以及情绪的影响。 想要进一步理解太空对人类微生物组的影响，还有其他领域仍待探索。例如，需要更多关于宇航员个体及其微生物平衡的信息，比如什么让他们微生物组保持或丧失稳定，皮尔斯解释道。 他还补充说，宇航员可能会遭遇熟悉的机会致病菌（opportunistic pathogens）。它们通常是良性的微生物，但人体免疫系统衰弱时，或者因为其他因素（诸如在 2% 的人口中发现的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染），这些病原体就会变得很危险。但这一领域还存在“未知的未知”，他说：人类携带入太空的微生物可能具有未被发现的致病潜力。 目前，与在国际空间站相对短时间的逗留相比，飞往火星的旅行更加漫长，人类微生物组会怎样变化，我们还无从得知，皮尔斯表示。但考虑到飞往这颗红色星球的时间——NASA 的计划定在 2030 年代末或 2040 年代初，科学家还有充分的时间以更好地理解微生物组对宇航员健康的作用。直到那时，皮尔斯说，研究人员应该继续使用现有的方法，无论是模拟太空的陆地研究，还是太空研究，又或是简单的测试，旨在更好地理解安全待在地面上的人类微生物组的情况。“获得问题答案的方法并不单一。”他总结道。 原文链接： https://www./science/archive/2022/11/space-travel-astronaut-microbiome-health-disease/672014/ |
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