Среду на МКС можно улучшить, сделав ее «грязнее»

Искусственные условия, поддерживаемые на борту Международной космической станции (МКС), отрицательно сказываются на здоровье людей, работающих в космосе, в первую очередь на их иммунной системе. Эти условия также способствуют возникновению устойчивости к противомикробным препаратам, формированию биопленок и повышению вирулентности микроорганизмов. Чтобы снизить риски, микроорганизмы, находящиеся на различных поверхностях МКС, регулярно анализируются. Ранние исследования выявляли в основном ассоциированные с организмом человека микробы, в том числе патогены. В то же время на борту МКС отсутствуют полезные микроорганизмы окружающей среды, что связано с повышением риска хронических воспалительных заболеваний. Действительно, исследования авторов из США продемонстрировали, что астронавты часто страдают от высыпаний, аллергий и иммунных дисфункций, ассоциированных с пребыванием в космосе. В новой работе, опубликованной в Cell, исследователи из США изучили микробный и химический состав части МКС и составили карту микробного ландшафта методами, не включающими в себя культивирование.

Всего в ходе 64-й экспедиции на борту МКС было взято 803 пробы, в основном мазки с поверхностей. Каждый образец прошел метагеномное секвенирование методом дробовика и секвенирование 16S рРНК; также авторы проанализировали метаболом. На основе этих данных они создали 3D-карту состояния поверхностей МКС.

Проанализировав альфа-разнообразие, ученые пришли к выводу, что оно отличалось в разных модулях, иногда даже в соседних. Значит, общие для соседних модулей факторы, такие как парциальное давление, температура и радиационное воздействие, сами по себе не объясняют различия в разнообразии микроорганизмов.

Анализ бета-разнообразия также подтвердил, что микробный состав зависит в основном от модуля, в котором отбирали образцы. При этом связанные друг с другом модули могут сильнее различаться по бактериальному составу, чем находящиеся на расстоянии. Модули, используемые преимущественно для экспериментов и обслуживания, не отличались по микробному составу от соседних модулей, используемых преимущественно для проживания, то есть в эти экспериментальные модули микробы попадают из близлежащих зон, где проживает экипаж.

Действительно, основным источником микроорганизмов на МКС оказалась кожа человека. Вклад свободноживущих бактерий, обитающих воде и почве на Земле, был ничтожно мал. Среди источников, не связанных с организмом человека, наибольший вклад в микробное разнообразие внесли строительные материалы, поставляемые на МКС. Эти данные подтверждают предположение, согласно которому находящиеся в космосе люди практически не взаимодействуют с привычными для организма человека микроорганизмами земной окружающей среды. При этом они постоянно сталкиваются с бактериями, населяющими тело человека, что может представлять определенные риски для здоровья.

Микробный состав модулей зависел от их назначения. Например, микроорганизмы из еды были наиболее представлены в узле 1, который используется для приготовления, хранения и приема пищи. Вклад микроорганизмов фекалий и мочи был самым высоким в узле 3, где находится санитарный блок.

Химический анализ также показал наличие соединений, связанных с назначением модуля и происходящими в нем процессами. Так, на МКС были обнаружены промышленные материалы (ПФАС, пластификаторы), поверхностно-активные вещества и дезинфицирующие средства, растительные и пищевые соединения (полифенолы, флавоноиды, ксантины, алкалоиды и их производные), метаболиты человека или животных (ураты, карнитины и длинноцепочечные жирные кислоты), метаболиты эндогенных микробов (фенилацетилглутамин, гиппуровая кислота и индоксилсульфат) и метаболиты микробов окружающей среды (асперфенамат).

В современных городах тоже снижено воздействие микроорганизмов окружающей среды. Чтобы сравнить, насколько микробный состав МКС отличается от земного, авторы проанализировали данные Earth Microbiome Project. Среда на космической станции была больше похожа на образцы из индустриальных и изолированных сред, таких как больницы, а также городские дома.

Но все же авторы заключают, что МКС представляет собой экстремальную среду с ограниченным и уникальным бактериальным и химическим составом, в которой преобладает человеческий фактор. Недостаточное взаимодействие с микроорганизмами окружающей среды может способствовать развитию аллергических реакций, а длительное нахождение в таких условиях может привести к обострению хронических воспалительных заболеваний. Исследователи утверждают, что внедрение микробов земной окружающей среды и субстратов, в которых они живут, на МКС может улучшить здоровье астронавтов без ущерба для гигиены.

На Международной космической станции обнаружен новый вид бактерий