Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Waarom het bestuderen van de microbiomen van astronauten cruciaal is om het succes van missies in de ruimte te garanderen

Potentieel effect van gesimuleerde microzwaartekracht op het microbioom van astronauten. Credit:Grenzen in de microbiologie (2024). DOI:10.3389/fmicb.2023.1237564

Ruimteverkenning is een complexe en riskante missie die een zorgvuldige voorbereiding en een grondig begrip van de uitdagingen die inherent zijn aan het leven in de ruimte vereist.



Een van de meest kritische aspecten van dit streven is de gezondheid van astronauten, die worden blootgesteld aan extreme omstandigheden, zoals microzwaartekracht, ioniserende straling en veranderingen in het milieu. In deze context is onderzoek naar het menselijk microbioom en de aanpassing ervan aan de ruimteomgeving een cruciaal studiegebied geworden voor het succes van langdurige ruimtemissies, in het bijzonder voor reizen naar Mars.

Het menselijke microbioom is de verzameling micro-organismen die in symbiose met ons lichaam leven, vooral in de darmen, de huid en de slijmvliezen. Deze micro-organismen spelen een cruciale rol bij de spijsvertering, immuniteit en de regulatie van verschillende fysiologische processen.

De ruimteomgeving kan echter de balans van het microbioom verstoren, wat nadelige gevolgen kan hebben voor de gezondheid van astronauten. Daarom is onderzoek naar het microbioom in de ruimte een cruciaal onderzoeksgebied geworden om te begrijpen hoe micro-organismen zich kunnen aanpassen aan de ruimteomgeving en hoe dit de gezondheid van astronauten kan beïnvloeden. Mijn co-auteurs en ik bespreken deze noodzaak in onze nieuwe Frontiers in Microbiology artikel.

Het microbioom voorbereiden op een ruimtevlucht

Het integreren van astromicrobiologische paraatheid in de planning en uitvoering van missies is noodzakelijk om de gezondheid en het welzijn van astronauten en het algehele succes van deep space-inspanningen te waarborgen.

Astromicrobiologie – de studie van micro-organismen in de ruimte – omvat het begrijpen van de effecten van microbiële persistentie en successie op gesloten systemen, zoals ruimtevaartuigen en habitats, en het ontwikkelen van technologieën, zoals ruimtelandbouw en de extractie van microbiële secundaire metabolieten voor medicijnen, smaakstoffen, en voedingsmedicijnen. De samenstelling en functie van het microbioom zullen waarschijnlijk veranderingen ondergaan tijdens ruimtevluchten.

Het nemen van passende maatregelen om een ​​gezond microbioom bij astronauten te ondersteunen, kan niet alleen helpen hun gezondheid tijdens de missie te behouden, maar ook helpen bij hun rehabilitatie na terugkeer op aarde. Een van de belangrijkste gezondheidsproblemen voor astronauten is de blootstelling aan straling. Ruimtestraling is heel anders en veel intenser dan straling op aarde, wat schadelijke gevolgen kan hebben voor de gezondheid van astronauten.

Micro-organismen die aan straling worden blootgesteld, kunnen resistentie veroorzaken tegen antibiotica, UV, hitte, extreme droogte en andere potentieel fatale factoren. Daarom is het essentieel om de potentiële effecten van straling niet alleen op mensen te begrijpen, maar ook op hun microbioom, om effectieve risicoreductiestrategieën voor ruimtemissies te ontwikkelen.

Door het microbioom van astronauten in de ruimte te onderzoeken, kunnen we ook beter begrijpen hoe de ruimteomgeving de samenstelling en diversiteit van het microbioom beïnvloedt. De unieke omstandigheden in de ruimte, zoals microzwaartekracht, blootstelling aan straling en veranderingen in het voedingspatroon, kunnen mogelijk de balans van het microbioom verstoren. Door veranderingen in het microbioom tijdens ruimtereizen te bestuderen, verwerven wetenschappers kennis over hoe deze veranderingen de gezondheid van astronauten kunnen beïnvloeden. Momenteel zijn ze bezig met het ontwikkelen van strategieën om de negatieve effecten te verzachten.

Een mogelijk scenario voor de adaptieve respons van bacteriën in de ruimte. Voorafgaande blootstelling van bacteriën aan een stressfactor op laag niveau, zoals meerdere treffers van protonen, kan hun weerstand tegen een daaropvolgende stressfactor op hoog niveau, zoals zware ionen, vergroten. Credit:Grenzen in de microbiologie (2024). DOI:10.3389/fmicb.2023.1237564

Het afweren van ziekteverwekkers in de ruimte

Bovendien kan de studie van het microbioom onderzoekers helpen de impact van ruimtevaart op het immuunsysteem te begrijpen. De micro-organismen die verschillende delen van het menselijk lichaam bewonen, spelen een cruciale rol bij het behouden van een goede gezondheid door essentiële vitamines te produceren en te helpen bij de ontwikkeling en regulering van ons immuunsysteem.

Veranderingen in de samenstelling van de darmflora veroorzaakt door genetische en omgevingsfactoren kunnen de kans op infectie met ziekteverwekkers vergroten, de verspreiding bevorderen van schadelijke organismen die, onder bepaalde omgevings- of genetische veranderingen, ziekten kunnen gaan veroorzaken en kunnen bijdragen aan het ontstaan ​​van ontstekingsziekten. aandoeningen.

Het microbioom speelt dus een cruciale rol bij de vorming en modulatie van het immuunsysteem, en elke verstoring ervan kan mogelijk de immuunfunctie beïnvloeden. Begrijpen hoe ruimtevaart de interactie tussen het microbioom en het immuunsysteem beïnvloedt, kan helpen bij het ontwikkelen van strategieën om de gezondheid van astronauten te behouden en infecties te voorkomen tijdens langdurige ruimtemissies.

Kansen en uitdagingen

Bij het onderzoeken van het microbioom van astronauten in de ruimte kunnen wetenschappers ook nieuwe micro-organismen ontdekken die mogelijk unieke eigenschappen en capaciteiten hebben die kunnen worden benut voor verschillende toepassingen, waaronder de ontwikkeling van nieuwe medicijnen, antimicrobiële middelen of biotechnologische vooruitgang.

Bovendien bieden de veranderde omgevingsomstandigheden in de ruimte, zoals temperatuur, zuurstofniveaus en diffusiebeperkingen, de mogelijkheid om de productie van waardevolle metabolieten door genetisch gemodificeerde micro-organismen te optimaliseren.

De studie van het microbioom van astronauten in de ruimte brengt echter ook verschillende uitdagingen en obstakels met zich mee. Een potentieel gevaar bij het bestuderen van het microbioom van astronauten in de ruimte is de mogelijke verspreiding van pathogene micro-organismen in de besloten omgeving van een ruimtevaartuig. Besloten ruimten en gerecyclede luchtsystemen kunnen de verspreiding van pathogene micro-organismen bevorderen, wat om meerdere redenen gevaarlijk kan zijn voor de gezondheid van astronauten.

De besloten omgeving van een ruimtevaartuig, gekoppeld aan langdurige blootstelling aan microzwaartekracht, kan leiden tot een onderdrukking van het immuunsysteem van astronauten. Deze aangetaste immuuntoestand maakt astronauten vatbaarder voor infecties, zoals blijkt uit onderzoeken die een verminderde immuunrespons aantonen die hun vermogen belemmert om potentieel schadelijke micro-organismen effectief te bestrijden.

Bovendien ontstaan ​​er zorgen over de verspreiding van antibioticaresistentiegenen onder bacteriën in de darmmicrobiota van astronauten, mogelijk gemaakt door kleine cirkelvormige DNA-entiteiten die bekend staan ​​als plasmiden. Deze verspreiding heeft het potentieel om de werkzaamheid van antibiotica te ondermijnen.

Het onvolledige begrip van de ingewikkelde interacties tussen het microbiële leven in de ruimte en het menselijke immuunsysteem verergert het risico op infectie. Bijgevolg zou het vrijkomen van een ziekteverwekker in een ruimtevaartuig de gezondheid van astronauten aanzienlijk in gevaar kunnen brengen, vooral die van astronauten met een aangetast immuunsysteem, vooral tijdens langere missies.

Het negeren van astromicrobiologische problemen bij een bemande ruimtemissie verkleint de kans op succes aanzienlijk. Het potentieel vrijkomen van ziekteverwekkers brengt directe gezondheidsrisico's met zich mee voor astronauten, waardoor hun immuunsysteem en taakuitvoering in gevaar komen. Bovendien zou de verspreiding van antibioticaresistentiegenen medische interventies kunnen ondermijnen, waardoor de gezondheidsproblemen tijdens de missie kunnen worden verergerd. Het aanpakken van deze zorgen is cruciaal voor het succes van de missie en het welzijn van astronauten.

Meer informatie: Seyed Mohammad Javad Mortazavi et al., Hoe de aanpassing van het menselijk microbioom aan de barre ruimteomgeving de kansen op succes kan bepalen voor een ruimtemissie naar Mars en verder, Frontiers in Microbiology (2024). DOI:10.3389/fmicb.2023.1237564

Journaalinformatie: Grenzen in de microbiologie

Aangeboden door Frontiers




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Noorse vrouwen brengen zeewier naar culinaire hoogten in Europa
  2. Zijn mannen of vrouwen betere navigators?
  3. De Fed geeft groen licht voor de terugkeer van grizzlyberen naar de North Cascades in Washington
  4. Studie werpt licht op het touwtrekken van kankercellen
  5. Onderzoek suggereert dat de gastheerrespons samen met ander bacteriofaagonderzoek moet worden bestudeerd
  6. Nieuw onderzoek identificeert een bacterieel Jekyll en Hyde-molecuul dat betrokken is bij immuunreacties
  7. Wat is de brugfase van glycolyse?
  8. Genetica biedt de sleutel tot de strijd tegen doornenkroonzeesterren
  9. Wat is de complementaire basispaarregel?

Wetenschap