211service.com
Tödliche Bakterien aus dem Weltraum
Es ist bekannt, dass die Raumfahrt tiefgreifende Auswirkungen auf die menschliche Physiologie hat, die Knochen und Muskeln von Astronauten schwächt und ihr Immunsystem beeinträchtigt. Eine neue Studie zeigt, dass die Auswirkungen auf Mikroorganismen ebenso dramatisch sein können: Salmonellen an Bord der Raumfähre angebaut, war um ein Vielfaches tödlicher als ihre terrestrischen Gegenstücke. Die Studie legt nahe, dass die NASA und andere Weltraumbehörden möglicherweise befürchten müssen, dass lange bemannte Missionen die Virulenz von Mikroorganismen erhöhen, die Astronauten unweigerlich mit sich führen. Es hat Mikrobiologen auch Einblicke in Salmonellen Dies könnte zu neuen Therapien für Infektionen auf der Erde führen.
Es kam aus dem Weltraum: Salmonella typhimurium (oben), die an Bord des Space Shuttles gezüchtet wurden, zeigte globale Veränderungen in der Genexpression und Proteinproduktion und war weitaus tödlicher als identische Stämme, die auf der Erde angebaut wurden.
Astronautin Heide Stefanyshyn-Piper (unten), die 2006 einen von zwölf Salmonellen-Behältern an Bord der Raumfähre Atlantis hielt. Durch Drehen der Kurbel in ihrer rechten Hand tauchte Stefanyshyn-Piper Kompartimente voller inaktiver Bakterien in Kompartimente voller Wachstumsmedium.
Forscher unter der Leitung von Cheryl Nickerson , außerordentlicher Professor am Biodesign Institute der Arizona State University, stellte fest, dass Salmonellen die während der Space-Shuttle-Mission STS-115 im Jahr 2006 angebaut wurden, erfuhr große Veränderungen in der Expression von 167 Genen. Als sie Mäusen auf der Erde verabreicht wurden, erwiesen sich die Bakterien als um ein Vielfaches tödlicher als ein gleichwertiger Stamm, der auf dem Boden gezüchtet wurde.
Das Experiment war das erste, das Veränderungen in der Genexpression eines Mikroorganismus im Weltraum untersuchte. Die Wissenschaftler aus Arizona lieferten den Beweis, dass eine bestimmte Salmonellen Gen reguliert die meisten molekularen Veränderungen, die die Bakterien durchgemacht haben. Dieser globale Regulator, der den Bakterien zu helfen scheint, auf Stress zu reagieren, indem er virulenter wird, ist ein potenzielles therapeutisches Ziel für die Zukunft Salmonellen Behandlungen.
Die Auswirkungen auf die bemannte Raumfahrt sind nicht so klar. Es scheint, als ob sich die NASA keine Sorgen machen sollte, zumindest nicht kurzfristig, sagt David Robertson , Direktor der Zentrum für Weltraumphysiologie und -medizin an der Vanderbilt-Universität. Aber es ist unmöglich, Raumschiffe vollständig zu sterilisieren, vor allem, weil der Mensch so viele Bakterien mit sich herumträgt: Bakterienzellen in unserem Körper sind unseren eigenen bei weitem überlegen. Je länger die Fahrten, desto mehr müssen wir uns Sorgen machen, sagt Robertson. Eine bemannte Mission zum Mars, die von Präsident Bush vorgeschlagen wurde, würde etwa drei Jahre dauern.
Der Salmonellen wurden an Bord des Space Shuttles getragen Atlantis in einer Art schwebender Animation, versiegelt in unterteilten Reagenzgläsern. Einer der Astronauten aktivierte die Bakterienkulturen, indem er einen Kolben in eine Kammer drückte, in der die Salmonellen mit einem Wachstumsmedium. Nach 24 Stunden wurde der Kolben in eine andere Kammer geschoben. Die Hälfte der Bakterien wurde dann mit weiterem Wachstumsmedium vermischt, um sie am Leben zu erhalten, bis sie zur Erde zurückkehrten; die andere Hälfte wurde mit einem chemischen Fixiermittel vermischt, das ihr Wachstum stoppte und sie konservierte, damit ihre Genexpression nach der Landung des Shuttles untersucht werden konnte.
Forscher vor Ort führten das gleiche Experiment mit dem gleichen Stamm von durch Salmonellen , angebaut in einer Umgebung, die die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und andere Bedingungen an Bord des Space Shuttle nachahmt, aber die Erdanziehungskraft hat. Im Vergleich zu diesen Bakterien zeigten die im Weltraum gezüchteten Bakterien große Veränderungen in der Aktivität von 167 Genen und in der Produktion von 73 Proteinen. Niedrigere Konzentrationen der Weltraumbakterien verursachten tödliche Infektionen bei Mäusen, und die Weltraumbakterien töteten mehr Mäuse als die auf der Erde gewachsenen.
Nickerson sagt, dass diese Veränderungen auf mechanische Belastungen zurückzuführen sein könnten, die die Mikrogravitation auf die Bakterienzellen ausübt. In der Schwerelosigkeit schweben Zellen in einem Reagenzglas oder in unserem Körper im Auftrieb, schweben schwebend, sagt sie. Dadurch ändert sich der Flüssigkeitsfluss über die Zelloberfläche und damit das Verhalten der Zellen.
Es scheint kontraintuitiv, dass Forscher lernen können, wie sich Bakterien in unserem Körper auf der Erde verhalten, indem sie sie in eine künstliche Umgebung wie ein Reagenzglas in einem Raumschiff bringen, sagt Jeanne Becker , stellvertretender Direktor der Nationales Institut für biomedizinische Weltraumforschung , in Houston. Aus der Perspektive der Bakterien betrachtet, wollen sie in einer stressigen Umgebung überleben können – sei es Mikrogravitation, ein Angriff des Immunsystems oder das Vorhandensein eines Antibiotikums. Die Art und Weise, wie Bakterien auf eine stressige Umgebung reagieren – indem sie beispielsweise mehr oder weniger aus einem bestimmten Protein machen – kann Forscher auf biochemische Wege hinweisen, auf die neue Therapeutika abzielen könnten.
Die Raumfahrt verändert auch die genetische Aktivität menschlicher Zellen. Wir haben uns in einer Umgebung mit einer Schwerkraft entwickelt, sagt Becker. Es gibt grundlegende Veränderungen, wenn man die Schwerkraft wegnimmt. Eine Studie zeigte, dass die Raumfahrt zu Veränderungen der Expression von mehr als 1.600 Genen in in Kultur gezüchteten menschlichen Nierenzellen führte. Becker sagt, dass viele weitere Studien zu den molekularen Auswirkungen der Weltraumbedingungen auf Zellen bevorstehen, da Forscher die Internationale Raumstation ISS nutzen.
Nickersons Gruppe wird in Kürze Veröffentlichungen über die Auswirkungen der Raumfahrt auf einen Hefestamm und auf Pseudomonas aeruginosa , dem Bakterium, das 1970 die einzige schwere Infektion eines Astronauten verursachte. Um nach einer Explosion an Bord erfolgreich wieder in die Atmosphäre einzudringen, Apollo 13 Astronauten zogen sich vom Hauptteil ihres Raumschiffs in ihre Mondlandefähre zurück, wo sie mit einem Mangel an Sauerstoff, Strom und Wasser konfrontiert waren. Unter diesen extremen Bedingungen entwickelte der Astronaut Fred Haise eine aggressive Prostatainfektion, die durch Pseudomonas und war nach der Heimkehr einige Wochen schwer krank.
Die meisten Infektionen von Astronauten im Weltraum waren mild – Haises Fall ist die Ausnahme – und keine wurde verursacht durch Salmonellen . Nickerson sagt, dass sie sich für das Studium entschieden hat Salmonellen weil frühere Experimente, die Mikrogravitation und andere Weltraumbedingungen simulierten, darauf hindeuteten, dass die Virulenz des Bakteriums im Weltraum zunehmen könnte. Während Salmonellen nie von Raumfahrzeugen isoliert wurde, ist dies ein wichtiger Grund, warum Lebensmittel, die für die Internationale Raumstation bestimmt sind, disqualifiziert werden, sagt sie.
Die Tatsache, dass mindestens ein fieser Bug in der Raumfahrt nachweislich virulenter wird, stellt eine Gefahr dar, die zuvor möglicherweise unterschätzt wurde, sagt Kim Prisk , Medizinprofessor an der NASA-Labor an der University of California, San Diego. Es lässt einen wundern, wie aggressiv die medizinische Behandlung eines infizierten Subjekts im Weltraum sein müsste.
Wichtiger, sagen Prisk und Becker, ist die Identifizierung des globalen Virulenzregulators durch die Forscher aus Arizona, der zu Behandlungen führen könnte Salmonellen Infektionen. Es ist ein gutes Beispiel dafür, wie raumfahrtorientierte Forschung hier vor Ort zu potenziell wichtigen und nützlichen Ergebnissen führen kann, sagt Prisk.