新研究发现太空飞行改变宇航员消化系统菌群多样性

漫步宇宙萨曼莎·马修森2019-10-11 17:08

美国西北大学的一项新研究表明,太空飞行会让宇航员的内脏菌群发生重大改变,但具体原因尚是一个未知数。为了进行这项研究,西北大学的科学家研发了一个名为“STARMAPS”的新工具,用于分析一系列实验的数据,包括在航天飞机和国际空间站上进行的老鼠实验以及美国宇航局的天地双胞胎实验。

新研究发现太空飞行改变宇航员消化系统菌群多样性

2015年,美国宇航员斯科特·凯利和他的双胞胎兄弟马克·凯利出席一场新闻发布会。发布会后不久,斯科特入主国际空间站并在空间站逗留近一年之久。在执行此项任务期间以及任务结束后,研究人员一直密切监测这对双胞胎,观察太空飞行如何影响斯科特的身体和各项能力

美国西北大学科学家研发的一个新工具表明,太空飞行会改变宇航员内脏菌群的多样性。这个工具被称之为“STARMAPS”,用于分析一系列实验的数据,包括从登上航天飞机和国际空间站的老鼠身上采集的样本,美国宇航局的双胞胎天地实验以及在地球上进行的太空辐射对内脏影响的研究。

宇航局的宇航员斯科特 凯利和他的双胞胎兄弟,同为宇航员的马克 凯利参加了双胞胎天地实验。在太空中逗留了11个月后,斯科特体内的微生物组群发生了改变。

新研究发现太空飞行改变宇航员消化系统菌群多样性

研究发现深空旅行的辐射暴露会损伤宇航员的内脏

很多数据表明航天飞机和空间站上的老鼠出现与宇航员斯科特类似的内脏菌群变化。西北大学在一份声明中表示,新研究表明内脏菌群发生的变化最有可能由微重力而不是辐射导致。研究论文主执笔人、西北大学神经生物学家玛莎·维塔特纳在声明中指出:“辐射一定会对内脏菌群产生影响,但这些影响与我们在太空飞行中观察到的影响并不相同。”

美国最后一项航天飞机任务代号STS-135于2011年发射,此项研究对带回的老鼠样本以及另外7组老鼠样本进行了分析。作为2014年开始的美国宇航局啮齿类动物研究计划的一部分,这7组老鼠被送上国际空间站。

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第26远征队指挥官斯科特·凯利

科学家将空间站老鼠研究观察到的菌群变化与一个地面控制组进行比较,后者生活在一个模拟太空飞行环境。此外,这项研究还对一个基准组和一个实验室组的数据进行了分析。两组老鼠都生活在常规鼠舍。除了这些数据,研究人员还分析了宇航局天地双胞胎实验获取的数据。天地实验中,科学家比较了斯科特与留守地球的马克的生理变化。

虽然研究发现太空飞行会导致内脏菌群多样性发生重大变化,但具体原因还是一个未知数。维塔特纳在声明中指出:“一直以来就没有一种统计学手段能够进行这项研究。相关工具并不存在,需要我们去研发。这是一个经典例子,再次证明‘需求才是发明之母’。”

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国际空间站

借助STARMAPS,研究人员能够确定不同类型细菌在不同条件下数量增多或减少的模式。这个新工具进一步加深了科学家对太空飞行如何影响宇航员内脏菌群的认知。相较于另外两组老鼠,这项研究表明太空飞行和地面控制组老鼠的菌群变化类似。双胞胎研究的数据表明,斯科特也出现了同样模式的菌群变化。参与天地实验是斯科特的第四次太空飞行。

研究发现表明,多次太空飞行中的菌群变化具有可比性。研究论文合著者、西北大学的睡眠问题专家弗莱德·图莱克在声明中指出:“如果将人类送上火星或者执行长期探月任务,我们就必须了解长期暴露在太空环境下将对宇航员产生何种影响。研究细菌发生的变化是其中的一个重要方面。毕竟,会有数万亿细菌陪同宇航员进行太空飞行。”

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用于盛装老鼠的装置,搭乘俄罗斯的Bion-M1飞船进入太空。这些老鼠在太空中逗留了30天

在太空飞行和地面控制组老鼠身上观察到的菌群变化存在些许差异,说明栖息地也扮演了一个重要角色。此前对辐射如何影响老鼠菌群的研究并未发现同样的菌群变化模式。因此,研究人员认为微重力可能对内脏菌群产生独特影响,但他们也在声明中强调还需进行进一步的研究。

维塔特纳在声明中指出:“了解哪些因素能够遏制这种类型的菌群变化具有重要意义,有助于我们在地球上抵消太空飞行带来的影响。了解哪些遗传因素导致了菌株之间的差异,对我们在压力环境采取反制措施保护内脏菌群也具有重要意义。”研究发现刊登在8月9日出版的《微生物群系》杂志上。

翻译:牛树军
编辑:Velvet

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(漫步宇宙)

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