科學家研究顯示太空環境下細菌出現未知行爲(組圖)

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來源:新浪科技

在航天飛機亞特蘭蒂斯STS-132和135飛行任務期間進行了微重力環境下的細菌生長實驗。這標志著確保未來宇航員長期太空飛行安全的關鍵一步

綠膿桿菌樣品被使用人工尿液進行培養，並形成一種獨特的“莖-蓋”結構，這是在地球上所未見的

北京時間6月29日消息，據美國宇航局網站報道，一項由美國宇航局資助，由紐約倫斯勒理工學院開展的研究工作發現亞特蘭蒂斯航天飛機上的一些菌落會表現出一種從未在地球上被觀察到過的行爲。這項研究對於了解太空飛行環境下細菌的行爲具有重要意義，從而幫助我們應對未來執行長期太空飛行時細菌對宇航員健康構成的潛在挑戰。

　　倫斯勒理工學院化學與生物工程學院助理教授辛西婭·柯林斯(Cynthia Collins)是這項研究的第一作者，她的研究組在2010年5月16日將一台實驗設備安置在執行STS-132飛行任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機上，後來又於2011年7月8日，在該航天飛機執行STS-135任務期間再次搭載相同實驗載荷。其搭載的細菌種類主要是綠膿桿菌，這是花費3天時間在人工尿液中培養的。在太空中，這種細菌的菌落——生物膜，形成了一種不同的“莖-蓋”結構，這是在地球上所未見的。另外，在太空環境下形成的生物膜擁有更多活的細胞，也因此能夠擁有更大的生物量，整體也可以成長到比常規擁有更大的生物膜厚度。

　　生物膜是一種複雜的立體微生物群落，在自然界非常常見，大部分生物膜，包括那些在人體內發現的種類，都是無害的。而另一些則與疾病有關。柯林斯表示：“生物膜在當年俄國的和平號空間站上猖獗一時，而現在在國際空間站上同樣生長旺盛，但我們對於它們在太空環境下如何生長一直缺乏相應的認識。”她說：“我們的研究首次提供了有關太空飛行影響菌落水平上細菌行爲的證據，並幫助加深有關在太空飛行中細菌與人體之間有害或有意互動方面的理解。”有關這項研究的結果已經發表於4月29日出版的《PLOS ONE》雜志，題爲《太空飛行促進綠膿桿菌生物膜生長》。

　　除了對於宇航員與未來太空探索飛行任務的重要意義，這項研究還將幫助在地球上更好的預防和對抗細菌感染。考察太空飛行過程中的生物膜形成將提供不同因素，包括重力場，流體以及營養情況的差異可能會對地球上細菌生物膜産生何種影響的新信息。另外，柯林斯還指出這項研究未來將有望幫助開發新的方法，在醫院等環境中遏制傳染性疾病的擴散。

　　馬卡瑞納·帕拉(Macarena Parra)是美國宇航局埃姆斯研究中心的載荷科學顧問，他說：“在飛行器上開展微生物學實驗的機會是非常寶貴的。在軌道上的衛星，或是搭載於國際空間站上的實驗設備，將讓科學家們驗證在地面實驗中得到的結果並觀察那些隻會在太空環境下出現的現象。”

　　目前在地球上還無法制造出完全可以替代太空的微重力環境。盡管科學家們已經在實驗室中使用各種手段創造出一些微重力環境，但這些手段都有著各自的局限性。在這些人造微重力環境下得到的實驗結果很多時候與在真實微重力環境下的結果之間存在差異。

　　就這項實驗來說，研究組一共搭載了12台設備，稱作“組激活組件”(GAPs)，其中每一個內部都8小瓶的綠膿桿菌。科學家們選用人工尿液作爲培養基，是因爲它可以從生理上模擬生物膜在人體內外環境下的生長環境，並考慮了未來長期太空航行環境下對尿液回收等方面的重要意義。

　　每個小瓶中有一片纖維素膜，可以供細菌的生物膜在上面生長。在軌道飛行期間，宇航員們打開密封的小瓶，讓細菌接觸到人工尿液培養基。僅僅在數分鍾，這些在太空中的細菌菌落便很快被完成了和在地球上肯尼迪太空中心的對照組相同的操作。

　　在這些樣品被送回地球之後，研究組小心的將生物膜從培養基中分離，並利用各種實驗室手段測量形成生物膜的厚度，觀察活細胞的數量並計算單位面積上的菌落體積。另外，科學家們還使用共焦激光掃描顯微鏡獲取這一生物膜高分辨率下的立體結構信息。

　　更進一步，研究組正計劃探究這些奇特的生物膜內部所發生的變化。爲了更好地了解太空飛行對綠膿桿菌生理方面的影響，柯林斯與同事們將對這些細菌與遺傳表達相關的變異和毒性進行研究。研究組還將建立數學模型，幫助理解太空飛行環境下不同因素將如何對生物膜的生長産生影響。柯林斯表示：“在微重力環境下形成的綠膿桿菌生物膜的獨特外觀和結構說明它們可以自然適應不同於地球的環境條件，這方面的情況值得進一步研究，包括其長期生長以及對微重力環境的適應等等。”她說：“在我們將宇航員送往太空，或開展其它長期太空旅行之間，我們必須能夠確保我們已經最大程度上排除了生物膜對宇航員或我們設備造成的影響。”