211service.com
Dodelijke bacteriën uit de ruimte
Het is bekend dat ruimtevluchten diepgaande effecten hebben op de menselijke fysiologie, de botten en spieren van astronauten verzwakken en hun immuunsysteem aantasten. Een nieuwe studie toont aan dat de effecten op micro-organismen net zo dramatisch kunnen zijn: Salmonella gekweekt aan boord van de spaceshuttle was vele malen dodelijker dan zijn terrestrische tegenhangers. De studie suggereert dat NASA en andere ruimteagentschappen zich misschien zorgen moeten maken dat lange bemande missies de virulentie van micro-organismen die astronauten onvermijdelijk met zich meedragen, zullen vergroten. Het heeft microbiologen ook inzicht gegeven in: Salmonella die kunnen leiden tot nieuwe therapieën voor infecties op aarde.
Het kwam uit de ruimte: Salmonella typhimurium (boven) gekweekt aan boord van de spaceshuttle vertoonden wereldwijde veranderingen in genexpressie en eiwitproductie en was veel dodelijker dan identieke stammen die op aarde werden gekweekt.
Astronaut Heide Stefanyshyn-Piper (onder), met een van de twaalf containers Salmonella aan boord van de spaceshuttle Atlantis in 2006. Door de zwengel in haar rechterhand te draaien, stortte Stefanyshyn-Piper compartimenten vol inactieve bacteriën in compartimenten vol groeimedium.
Onderzoekers onder leiding van Cheryl Nickerson , universitair hoofddocent aan het Biodesign Institute van de Arizona State University, ontdekte dat: Salmonella gekweekt tijdens ruimtependelmissie STS-115 in 2006 onderging grote veranderingen in de expressie van 167 genen. Toen ze werden toegediend aan muizen op aarde, bleken de bacteriën vele malen dodelijker dan een gelijkwaardige soort die op de grond werd gekweekt.
Het experiment was het eerste dat veranderingen in de genexpressie van een micro-organisme in de ruimte bestudeerde. De wetenschappers uit Arizona leverden het bewijs dat een bepaalde Salmonella gen reguleert de meeste moleculaire veranderingen die de bacteriën hebben ondergaan. Deze wereldwijde regulator, die de bacteriën lijkt te helpen reageren op stress door virulenter te worden, is een potentieel therapeutisch doelwit voor de toekomst Salmonella behandelingen.
De implicaties voor bemande ruimtevluchten zijn niet zo duidelijk. Het lijkt niet iets waar NASA zich zorgen over zou moeten maken, althans niet op korte termijn, zegt David Robertson , directeur van de Centrum voor Ruimtefysiologie en Geneeskunde aan de Vanderbilt-universiteit. Maar het is onmogelijk om ruimtevaartuigen volledig te steriliseren, vooral omdat mensen zoveel bacteriën met zich meedragen: het aantal bacteriële cellen in ons lichaam is veel groter dan het onze. Hoe langer de ritten, hoe meer we ons zorgen moeten maken, zegt Robertson. Een bemande missie naar Mars, die is voorgesteld door president Bush, zou ongeveer drie jaar duren.
De Salmonella werden aan boord van de spaceshuttle gedragen Atlantis in een soort schijndood, verzegeld in gecompartimenteerde reageerbuizen. Een van de astronauten activeerde de bacterieculturen door een zuiger in een kamer te duwen die de mengde Salmonella met een groeimedium. Na 24 uur werd de plunjer in een andere kamer geduwd. De helft van de bacteriën werd vervolgens gemengd met meer groeimedium om ze in leven te houden totdat ze terugkeerden naar de aarde; de andere helft werd gemengd met een chemisch fixeermiddel dat hun groei stopte en ze bewaarde zodat hun genexpressie kon worden bestudeerd nadat de shuttle was geland.
Onderzoekers op de grond voerden hetzelfde experiment uit op dezelfde stam van Salmonella , gekweekt in een omgeving die de temperatuur, vochtigheid en andere omstandigheden aan boord van de spaceshuttle nabootste, maar de zwaartekracht van de aarde had. Vergeleken met deze bacteriën vertoonden die in de ruimte gekweekte grote veranderingen in de activiteit van 167 genen en in de productie van 73 eiwitten. Lagere concentraties van de ruimtebacteriën veroorzaakten dodelijke infecties bij muizen, en de ruimtebacteriën doodden eerder meer muizen dan die op aarde.
Nickerson zegt dat deze veranderingen te wijten kunnen zijn aan mechanische spanningen die microzwaartekracht de bacteriecellen oplegt. In microzwaartekracht bevinden cellen in een reageerbuis of in ons lichaam zich in een staat van drijfvermogen, zwevend zwevend, zegt ze. Dit verandert de vloeistofstroom over de oppervlakken van de cellen, en daarmee het gedrag van de cellen.
Het lijkt contra-intuïtief dat onderzoekers kunnen leren hoe bacteriën zich in ons lichaam op aarde gedragen door ze in een omgeving te plaatsen die zo kunstmatig is als een reageerbuis op een ruimteschip, zegt Jeanne Becker , adjunct-directeur van de National Space Biomedical Research Institute , in Houston. Als ze ernaar kijkt vanuit het perspectief van de bacteriën, zegt ze, willen ze kunnen overleven in een stressvolle omgeving - of het nu gaat om microzwaartekracht, een aanval door het immuunsysteem of de aanwezigheid van een antibioticum. De manier waarop bacteriën reageren op een stressvolle omgeving, bijvoorbeeld door meer of minder van een bepaald eiwit te maken, kan onderzoekers wijzen op biochemische routes waarop nieuwe therapieën zich kunnen richten.
Ruimtevlucht verandert ook de genetische activiteit van menselijke cellen. We zijn geëvolueerd in een omgeving met één zwaartekracht, zegt Becker. Er zijn fundamentele veranderingen als je de zwaartekracht wegneemt. Een studie toonde aan dat ruimtevlucht veranderingen veroorzaakte in de expressie van meer dan 1.600 genen in in kweek gekweekte menselijke niercellen. Becker zegt dat er nog veel meer onderzoeken komen naar de moleculaire effecten van ruimtecondities op cellen, aangezien onderzoekers gebruik maken van het internationale ruimtestation.
De groep van Nickerson zal binnenkort artikelen publiceren over de effecten van ruimtevluchten op een giststam en op Pseudomonas aeruginosa , de bacterie die de enige ernstige infectie van een astronaut tot nu toe veroorzaakte, in 1970. Om een succesvolle terugkeer naar de atmosfeer te maken na een explosie aan boord, Apollo 13 astronauten trokken zich terug van het grootste deel van hun vaartuig naar hun maanmodule, waar ze te maken kregen met een tekort aan zuurstof, stroom en water. Onder deze extreme omstandigheden ontwikkelde astronaut Fred Haise een agressieve prostaatinfectie veroorzaakt door: Pseudomonas en was na thuiskomst een paar weken ernstig ziek.
De meeste infecties van astronauten in de ruimte waren mild - het geval van Haise is de uitzondering - en geen enkele werd veroorzaakt door: Salmonella . Nickerson zegt dat ze ervoor koos om te studeren Salmonella omdat eerdere experimenten die microzwaartekracht en andere ruimteomstandigheden simuleerden, suggereerden dat de virulentie van de bacterie in de ruimte zou kunnen toenemen. Terwijl Salmonella nooit geïsoleerd is geweest van ruimtevaartuigen, is het een belangrijke reden waarom voedsel dat bestemd is voor het internationale ruimtestation wordt gediskwalificeerd, zegt ze.
Het feit dat ten minste één vervelende bug aantoonbaar virulenter wordt tijdens ruimtevluchten, introduceert een gevaar dat voorheen misschien ondergewaardeerd was, zegt Kim Pris , een professor in de geneeskunde aan de NASA-lab aan de Universiteit van Californië, San Diego. Je kunt je afvragen hoe agressief de medische behandeling van een geïnfecteerd persoon in de ruimte zou moeten zijn.
Belangrijker, zeggen Prisk en Becker, is de identificatie door de onderzoekers van Arizona van de wereldwijde regulator van virulentie die zou kunnen leiden tot behandelingen voor Salmonella infecties. Het is een goed voorbeeld van hoe ruimtevluchtgericht onderzoek hier op de grond tot potentieel belangrijke en nuttige resultaten kan leiden, zegt Prisk.