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微生物如何影响宇航员的健康

泰然健康网
2024-12-27 16:50

随着太空旅行的不断发展，研究人员们对太空中的微生物（当然，这些微生物还是来自地球的）产生了兴趣。

一方面，我们现在已经知道，在太空中宇航员确实会面临许多健康问题，包括骨密度下降、肌肉萎缩以及心理问题等等。另一方面，在地球上，研究人员们对（来自人体内部和外部的）微生物与人体健康间的联系已经有建立起一定的理解。

我们都知道，太空是一个与地球完全不同的环境，具有高辐射水平以及微重力。尽管目前从科学层面还未确定，但这些环境条件的差异可能会导致宇航员微生物组发生意想不到的变化。进一步考虑，这些变化可能会产生一系列的健康问题，尤其是在太空长途旅行中。

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虽然有以上诸多的考虑，但实际上，即使在地球上，我们对微生物组被破坏造成的影响也知之甚少，诺森比亚大学生物科学研究员大卫·皮尔斯（David Pearce）说到。（大卫博士是2022年一篇论文的作者，该论文讨论了火星之旅如何影响肠道中的微生物）。

直接对这个问题进行研究肯定是很困难的，因为目前只有大约600人去过太空。那些参加过太空之旅的人们通常都不会停留太长的时间，前往国际空间站的平均时间大约为6个月。事实上，一些研究人员并不相信有足够的证据表明人体微生物组在太空中会发生很大的变化。

不管怎样，皮尔森在内的研究团队还是试图弄清楚宇航员的微生物组是否会发生某些不利的变化（这种变化被称为生态失调）。“因为它们将离开很长时间，所以这种生态失调可能会成为一个严重的问题”，皮尔森说道：“这或许会导致宇航员的健康出现问题，或者损害他们的正常生理功能”。

研究人员们试图在从两个地方研究太空对微生物组可能产生的影响：地面上设置的具有类似太空环境的地方或者直接在太空中。关于前者的一个例子是，J·Craig Venter研究所传染病和基因组医学小组宇航员微生物组的首席研究员Norberto González-Juarbe正在研究在南极洲的两个科考站（Concordia和Neumayer）中工作的研究人员的微生物组。因为这些地方部分模拟了宇航员在太空中的经历，比如黑暗、幽闭以及有限的人类接触。

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该团队计划分析来自这些科考站的研究人员的样本，以了解他们胃肠道微生物组如何发生变化，以及他们的免疫系统如何对这种类似空间站的环境做出反应。

根据González-Juarbe的说法，他们的早期研究结果表明，在这些环境中微生物组确实会发生变化，目前该团队正在研究免疫学相关数据，他们预计会在今年年底前公布研究结果。

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目前也有一些研究聚焦于真实太空环境中的微生物组变化。例如，2019年的一项研究对宇航员斯科特·凯利（Scott Kelly）和他的双胞胎兄弟马克（Mark）的微生物组进行了比较。两兄弟中，斯科特从2015年开始在国际空间站工作了近一年，因此研究人员们假设太空生活确实对他的微生物组产生了影响。

最终，分析结果表明，在斯科特的微生物组中，拟杆菌（Bacteroidetes）的数量减少了（这类细菌的失调与神经、免疫系统以及代谢问题相关）而厚壁菌（Firmicutes）的数量却发生了增加（这类细菌能够帮助分解某些淀粉以及纤维）。

斯科特·凯利（左）和马克·凯利（右），图片来源网络

2019年，J·Craig Venter研究所的另一项研究对九名在国际空间站上待过6到12个月的宇航员进行了研究。研究人员对宇航员皮肤、鼻子、舌头等部位进行采样。另外，研究人员也收集了粪便、血液和唾液等样本，以及来自空间站及蓄水装置表面的样本。

通过DNA测序，该研究发现，多种皮肤微生物，包括属于变形菌纲（Gammaproteobacteria）的细菌数量都减少了，研究人员推测，这种变化可能导致太空宇航员经常出现皮疹和皮肤敏感反应。

研究结果还表明，宇航员的胃肠道微生物组发生了变化，其中，阿克曼菌（Akkermansia）和瘤胃球菌（Ruminococcus）数量甚至减少了五倍（这两类细菌在维持消化道黏膜完整以及分解碳水化合物等方面都发挥着重要作用）。

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“肠道微生物组的变化会直接影响食物的新陈代谢、骨骼健康，甚至认知能力”，González-Juarbe说到。在太空中停留的时间更长（比如往返火星需要18个月），可能会使这些问题变得更复杂。“俗话说，‘人如其食’，这话是有道理的”González-Juarbe说道：“整体微生物组的变化将对你的整体大脑健康和认知健康产生影响”。

然而，也不是所有人都相信太空会改变人体微生物组的组成。主要的原因还是现在的研究太少了，很难得到一些确切的结论。加州大学圣地亚哥分校儿科教授兼斯克利普斯海洋学研究所生物学系主任杰克吉尔伯特说：“去过那里的人太少了，做任何具有统计严谨性的研究都很难”。

吉尔伯特对于凯利双胞胎研究也持怀疑态度：“我们有很多双胞胎研究，随着时间的推移，哪怕在地球上进行比较，他们之间也会显示出显著的偏差”。

吉尔伯特认为，在太空中更关心人体健康的可能是微生物，脱离身体会让它们的处境变得更加危险。吉尔伯特和他的同事在2019年进行的一项研究提供了一些证据。2016年3月，国际空间站的宇航员从空间站的餐桌上收集了样本。六天后，样本被带回地球。吉尔伯特和他的团队分离了样本中的微生物，选择了两个金黄尖镰孢菌（Fusarium oxysporum）株系进行了测序研究。

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之后，研究人员将分离的真菌样本与其它62个陆地菌株样本进行了比较，结果表明，来自国际空间站样本中的菌株与陆地菌株存在遗传差异。另外，该团队还利用线虫进行了感染实验，结果表明，来自空间站样本的菌株能杀死更多的线虫。

吉尔伯特表示，太空的严酷环境可能会导致真菌变得更加致命，目前他的团队正在开展进一步的研究以阐明两者的关联。微生物喜欢温暖潮湿的环境，比如人体内部。因此，为了避免从舒适的栖息地中游离出来，飘到寒冷干燥的环境中，微生物必须获得新的生存技能，不幸的是，这些新的生存策略可能与抗生素耐药或对人体的毒性增强相关。

吉尔伯特指出，能被选择进入太空的宇航员通常都非常健康，因此他们因这些微生物而生病的机会很小，但是，如果有人在火星长途旅行中因食物中毒或疲惫导致免疫系统减弱，这些幸存下来的疯狂微生物们就会带来严重的健康问题。

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对于太空中人类微生物组的研究目前还存在着诸多未知。欧洲航天局SciSpacE（Science of space environment）项目的团队负责人妮可·巴克利（Nicole Buckley）指出，很难说太空中的任何疾病，比如睡眠不足等等，是否是由微生物失调引起的。

皮尔斯指出，到目前为止，我们还不知道如何在太空中重新稳定一个人的微生物组（如果这个人发生了严重的微生组失调且已经到了生病的地步）。现有的一些手段，比如粪便移植——将有益细菌从健康供体的粪便中移植到生病的人身上，虽然可以帮助患有某些疾病的人恢复免疫功能。但微生物组是非常复杂的，“这和去使用一种有确切作用的药物完全不同，你正在管理的是一个有机体”。

另一方面，一些研究人员指出，即使是简单的变化也可能会对宇航员的健康产生影响。González-Juarbe表示，提供新鲜水果和蔬菜以及高纤维食物可以帮助胃中产生短链脂肪酸的微生物生长，这有助于维护免疫系统正常运作。巴克利指出，益生菌和益生菌食品等等在这方面也有所帮助。

根据美国宇航局先进食品技术项目格蕾丝·道格拉斯（Grace Douglas）的一封电子邮件指出，他们会为太空中的宇航员提供冻干食品，这些食品具有“正常水平的食物相关微生物”，且各种病原体都通过加工被除掉了。另外，通过一些补给任务，宇航员还能获得少量的新鲜水果和蔬菜。

尽管这样，根据巴克利的说法，如果要维持宇航员微生物组的健康，就必须限制加工食品的食用，而应该提供更多的新鲜水果、蔬菜以及高纤维食品。

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