اسرار میکروبیوم فضانوردان؛ سفرهای فضایی چه تاثیری بر سلامت انسان دارد؟

از سیاهچاله ها گرفته تا مرگ گرمایی کیهانی، فضا خطرات بزرگی را برای انسان به همراه دارد. اما همانطور که بشریت به سفرهای فضایی طولانی مدت فکر می کند، خطرات بالقوه کوچکتری وجود دارد که ممکن است مستحق توجه بیشتر باشد. یکی از آنها میکروب های زمینی هستند.

روی زمین، محققان شروع به درک چگونگی تأثیر باکتری‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های موجود در داخل و خارج بدن انسان (میکروبیوم انسان) بر سلامت جسمی و روانی ما کرده‌اند.

البته فضا محیطی کاملاً متفاوت با زمین است و دارای سطوح بالایی از تابش و ریزگرانش است. اگرچه علم قطعی نیست، اما این تفاوت های گسترده ممکن است باعث تغییرات غیرمنتظره در میکروبیوم فضانوردان شود. این به نوبه خود می تواند منجر به طیف وسیعی از مشکلات سلامتی شود که ممکن است در طول سفرهای فضایی طولانی مانند سفر به سیارات دیگر بارزتر شوند.

دیوید پیرس، محقق علوم زیستی در دانشگاه نورثامبریا و نویسنده مقاله‌ای که در سال 2022 منتشر شد و به بررسی چگونگی تأثیر سفر به مریخ بر میکروبیوم روده می‌پردازد، می‌گوید که پیامدهای اختلال میکروبیوم حتی در زمین نیز به خوبی درک نشده است.

تحقیقات مستقیم در مورد تأثیر سفرهای فضایی بر میکروبیوم انسان محدود است، زیرا تا کنون تنها حدود 600 نفر به فضا رفته اند. کسانی که به سفرهای فضایی می روند معمولا زیاد نمی مانند، زیرا میانگین سفر به ایستگاه فضایی بین المللی حدود شش ماه است.

با این حال، برخی از محققان هنوز متقاعد نشده اند که شواهد کافی برای نشان دادن اینکه میکروبیوم انسان دستخوش تغییرات قابل توجهی در فضا می شود وجود دارد. با این حال، بسیاری از محققان، از جمله پیرس، در تلاش هستند تا دریابند که آیا فضانوردان دچار بیماری به نام دیس بیوز می شوند که در آن میکروبیوم آنها دستخوش تغییرات نامطلوب می شود یا خیر.

محققان تلاش می‌کنند تأثیرات احتمالی فضا بر میکروبیوم را در دو مکان بررسی کنند: در محیط‌هایی روی زمین که شرایطی مشابه فضا دارند و در خود فضا.

در نمونه اول، نوربرتو گونزالس یوربه، محقق گروه تحقیقاتی میکروبیوم فضانوردان در گروه پزشکی ژنومیک و بیماری‌های عفونی در مؤسسه جی کریگ ونتر، در حال مطالعه میکروبیوم محققان در ایستگاه‌های کنکوردیا و نیومایر در قطب جنوب است. . گونزالس یوربه می‌گوید که این مکان‌ها تا حدودی شبیه به مکانی است که فضانوردان در آن هستند، به خصوص از نظر تاریکی، محصور شدن و تماس محدود انسانی.

González Yavarbe و همکارانش قصد دارند نمونه‌هایی را از محققان در این ایستگاه‌ها تجزیه و تحلیل کنند تا ببینند ترکیب میکروبی دستگاه گوارش آنها چگونه تغییر می‌کند و سیستم ایمنی آنها چگونه به شرایط فضایی در ایستگاه تحقیقاتی واکنش نشان می‌دهد.

به گفته González Yorbe، نتایج اولیه نشان دهنده تغییرات در میکروب های روده است و تیم تحقیقاتی در حال بررسی داده های ایمنی هستند. وی پیش بینی کرد که نتایج مطالعات آنها تا پایان سال جاری منتشر شود.

مطالعات انجام شده در فضا اندک است. برای مثال، یک مطالعه در سال 2019، میکروبیوم‌های فضانورد اسکات کلی و برادر دوقلویش مارک را مقایسه کرد. اسکات از سال 2015 حدود یک سال در ایستگاه فضایی بین المللی بود. این مطالعه ادعا کرد که میکروبیوم اسکات در فضا تغییر کرده است. برای او، این تغییر شامل کاهش باکتری‌های باکتریایی است که اختلال در تنظیم آن با مشکلات عصبی و سیستم ایمنی و مشکلات متابولیک همراه است و افزایش Firmicutes که باکتری‌هایی هستند که می‌توانند به تجزیه نشاسته‌ها و فیبرهای خاص کمک کنند.

در سال 2019، مطالعه دیگری از موسسه جی کریگ ونتر، 9 فضانورد را که بین 6 تا 12 ماه را در ایستگاه فضایی بین المللی سپری کرده بودند، مورد بررسی قرار داد. فضانوردان نمونه هایی را از قسمت های مختلف پوست، بینی و زبان خود جمع آوری کردند. آنها همچنین نمونه هایی از مدفوع، خون و بزاق آنها را به همراه نمونه هایی از سطوح مختلف ایستگاه و مخزن آب آن جمع آوری کردند. هنگامی که نمونه ها در دست دانشمندان قرار گرفت، آنها DNA نمونه ها را استخراج و توالی یابی کردند تا ببینند چگونه میکروبیوم فضانوردان در طول زمان تغییر می کند.

این مطالعه نشان داد که تعداد میکروب های پوستی مختلف از جمله انواع گاماپروتئوباکتری ها کاهش یافته است که طبق فرضیه نویسندگان می تواند به پدیده رایج راش و حساسیت پوستی شدید در بین فضانوردان در فضا کمک کند. این یافته ها همچنین نشان داد که میکروبیوم دستگاه گوارش فضانوردان تغییر کرده و جمعیت دو نوع باکتری (آکرمانزیا و رومینوکوکوس) که به نظر می رسد نقش مهمی در حفظ یکپارچگی مخاط دستگاه گوارش و همچنین در تجزیه کربوهیدرات ها، پنج برابر کاهش یافته بود.

گونزالس یوربه، که در مطالعه 2019 شرکت نداشت، گفت: تغییر میکروبیوم روده می تواند بر متابولیسم غذا، سلامت استخوان و حتی شناخت تأثیر بگذارد. سفرهای طولانی تر در فضا (مانند سفر 18 ماهه به مریخ و بازگشت) احتمالاً این مشکلات را تشدید می کند. او گفت: “تغییرات در میکروبیوم کلی پیامدهایی بر سلامت کلی مغز و سلامت شناختی خواهد داشت.”

با این حال، همه متقاعد نشده اند که میکروبیوم انسان در فضا تغییر می کند. به گفته جک گیلبرت، استاد اطفال در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و رئیس بخش زیست شناسی در موسسه اقیانوس شناسی اسکریپس، تعداد شرکت کنندگان در مطالعات موجود برای نتیجه گیری بسیار کم بود. او گفت: «با تعداد کمی از افراد در فضا، انجام مطالعاتی که دقت آماری قابل قبولی داشته باشد، دشوار است.

گیلبرت همچنین نسبت به مطالعه دوقلوی کلی بدبین است: “ما مطالعات دوقلوهای زیادی داریم که در طول زمان روی زمین مقایسه کرده ایم و همه آنها انحراف قابل توجهی را نشان داده اند.”

به گفته گیلبرت، چیزی که می تواند نگران کننده سلامت انسان در فضا باشد، میکروب هایی هستند که می توانند از بدن فرار کرده و به نسخه های خطرناک تری جهش پیدا کنند. یک مطالعه در سال 2019 توسط گیلبرت و همکاران نشان می دهد که ممکن است این مورد باشد.

در مارس 2016، فضانوردان در ایستگاه فضایی بین المللی نمونه هایی را از میز غذاخوری ایستگاه جمع آوری کردند. شش روز بعد، نمونه ها به زمین بازگردانده شدند. گیلبرت و تیمش میکروب‌های موجود در نمونه‌ها را جدا کردند و دو سویه از قارچ Fusarium oxysporum را انتخاب کردند و ژن‌های آنها را تعیین توالی کردند. محققان سپس نمونه های قارچ جدا شده را با 62 سویه دیگر مقایسه کردند و دریافتند که ژنتیک سویه های مربوط به نمونه های ایستگاه فضایی با ژنتیک همتایان زمینی آنها متفاوت است.

این تیم همچنین کرم های کوچکی به نام نماتد را در هر دو نمونه قرار دادند. آنها دریافتند که برخی از میکروب هایی که از ایستگاه فضایی بین المللی آمده بودند، کرم های بیشتری را کشتند. گیلبرت گفت این امکان وجود دارد که قارچ‌ها در پاسخ به شرایط سخت فضا بیماری‌زاتر شوند، اگرچه تیم او در حال کار بر روی یک مطالعه جدید برای کمک به شفاف‌سازی ارتباط است.

میکروب ها محیط های گرم و مرطوب مانند محیط داخل بدن انسان را ترجیح می دهند. بنابراین، میکروب هایی که از آن زیستگاه به سطوح سرد و خشک فرار می کنند نیز در معرض تشعشعات و جاذبه صفر قرار می گیرند و می توانند در طول نسل ها مهارت های بقای جدیدی کسب کنند. گیلبرت افزود: «برخی از این استراتژی‌های بقا به مواردی مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی یا افزایش حدت در انسان مربوط می‌شوند.

گیلبرت خاطرنشان کرد که فضانوردانی که برای رفتن به فضا انتخاب می شوند اغلب بسیار سالم هستند، بنابراین احتمال کمی وجود دارد که آنها از این میکروب های سرکش بیمار شوند. با این حال، اگر فردی که در یک سفر طولانی به مریخ است، به دلیل مسمومیت غذایی یا خستگی، سیستم ایمنی ضعیفی داشته باشد، ممکن است توسط این میکروب های مقاوم آلوده شود.

به گفته همه محققانی که با Andark صحبت کردند، تحقیقات بسیار کمی در مورد میکروبیوم انسان در فضا وجود دارد و ناشناخته های زیادی در مورد این موضوع وجود دارد. به عنوان مثال، نیکول باکلی، رئیس برنامه SciSpacE آژانس فضایی اروپا، خاطرنشان کرد که دشوار است بگوییم که آیا مشکلاتی مانند بی خوابی در فضا ناشی از اختلالات میکروبی است یا اینکه میکروب ها در ایجاد یا پاسخ به بیماری نقش دارند.

پیرس گفت، همچنین مشخص نیست که چگونه محققان می توانند میکروبیوم یک فرد را در فضا تثبیت کنند تا مختل نشود و باعث بیماری نشود. به عنوان مثال، پیوند مدفوع، که حاوی تعداد زیادی باکتری مفید از مدفوع یک اهدا کننده سالم به یک فرد بیمار است، می تواند به بازیابی عملکرد سیستم ایمنی در افراد مبتلا به بیماری های خاص کمک کند. اما از آنجایی که میکروبیوم ها بسیار پیچیده هستند، مانند تجویز دارویی نیست که نتیجه خاصی داشته باشد. شما در حال مصرف ارگانیسمی هستید که ممکن است تثبیت شود و نتیجه مطلوب را به همراه داشته باشد یا ممکن است تثبیت نشود و به نتیجه مورد انتظار نرسد.

اگرچه برخی از محققان اشاره کرده اند که تغییرات نسبتا ساده می تواند سلامت فضانوردان را بهبود بخشد. گونزالس یوربه گفت: خوردن میوه ها و سبزیجات تازه و غذاهای پر فیبر می تواند میکروب های موجود در دستگاه گوارش را افزایش دهد که اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه تولید می کنند که به حمایت از سیستم ایمنی کمک می کند. باکلی خاطرنشان کرد که غذاهای پربیوتیک و پروبیوتیک نیز می توانند در این زمینه مفید باشند.

به گفته گریس داگلاس از پروژه فناوری غذایی پیشرفته ناسا، فضانوردان در فضا به غذاهای خشک شده در انجماد دسترسی دارند که حاوی سطوح طبیعی میکروارگانیسم های مرتبط با غذا هستند، اما برای جلوگیری از حاوی عوامل بیماری زا پردازش می شوند.

فضانوردان همچنین مقادیر کمی میوه و سبزیجات تازه را از طریق ماموریت های تامین مجدد دریافت می کنند. با این حال، به گفته باکلی، یک میکروبیوم سالم به غذاهای کم فرآوری شده و میوه ها و سبزیجات بیشتر و غذاهای پرفیبر نیاز دارد.

آژانس فضایی اروپا در حال انجام مطالعه ای است که در آن ترکیبات موجود در شیر انسان به نام الیگوساکاریدها (گروهی از کربوهیدرات ها) به رژیم غذایی محققانی که بیش از یک سال در ایستگاه تحقیقاتی کنکوردیا در قطب جنوب خواهند ماند، اضافه می شود. اعتقاد بر این است که این ترکیبات در ایجاد یک میکروبیوم سالم در نوزادان مهم هستند. این مطالعه تأثیر الیگوساکاریدها را بر میکروبیوم، سیستم ایمنی و خلق و خوی محققان آزمایش خواهد کرد.

هنوز زمینه های دیگری وجود دارد که نیاز به بررسی دارند و می توانند درک دانشمندان را از تأثیر فضا بر میکروبیوم انسان افزایش دهند. پیرس گفت، برای مثال، ما باید درباره فضانوردان فردی و تعادل میکروبی آنها و اینکه چه چیزی میکروبیوم آنها را پایدار یا ناپایدار می کند، بیشتر بیاموزیم.

پیرس افزود که فضانوردان ممکن است با پاتوژن‌های فرصت‌طلب آشنا (میکروب‌هایی که معمولاً بی‌ضرر هستند، اما زمانی که سیستم ایمنی بدن ضعیف می‌شود، خطرناک شوند، مانند استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین (MRSA) که در دو درصد از افراد یافت می‌شود، مواجه شوند. اما او گفت ممکن است ناشناخته‌هایی نیز در این زمینه وجود داشته باشد: میکروب‌هایی که انسان به فضا می‌برد و پتانسیل ناشناخته‌ای برای تبدیل شدن به عوامل بیماری‌زا دارند.

پیرس گفت که در حال حاضر نمی توان گفت که چگونه میکروبیوم انسان در طی یک سفر طولانی به مریخ در مقایسه با اقامت نسبتا کوتاه در ایستگاه فضایی بین المللی تغییر می کند. اما با توجه به جدول زمانی برای پرواز فضایی به سیاره سرخ (که ناسا برای اواخر دهه 2030 یا اوایل دهه 2040 برنامه ریزی می کند)، دانشمندان زمان زیادی برای درک بهتر نقش میکروبیوم در سلامت فضانوردان دارند. تا آن زمان، محققان باید با استفاده از تمام ابزارهای موجود به مطالعات خود ادامه دهند.