Бактерии в космосе вдохновляют на земные лекарства
Исследования на борту космического шаттла помогают учёным понять, как возникают инфекционные заболевания в космосе. Эта работа может улучшить здоровье астронавтов и привести к новым методам лечения людей на Земле.
Объект исследования — условно-патогенный микроорганизм Pseudomonas aeruginosa. Именно эта бактерия стала причиной болезни астронавта Фреда Хейза во время миссии «Аполлон-13» на Луну в 1970 году.
Учёные, изучающие бактерию на шаттле, надеются раскрыть тайны работы болезнетворных агентов. Они полагают, что это исследование может привести к созданию продвинутых вакцин и методов лечения для борьбы с инфекциями. Результаты основаны на экспериментах с микробными патогенами во время миссий шаттла NASA на станцию и опубликованы в недавнем выпуске журнала Applied and Environmental Microbiology.
«Впервые мы смогли увидеть, что два очень разных вида бактерий — Salmonella и Pseudomonas — используют один и тот же базовый регулирующий механизм, или главный контрольный переключатель, который управляет многими реакциями микробов на условия космического полёта», — заявила Шерил Никерсон, доцент Центра инфекционных заболеваний и вакцинологии Института Biodesign при Университете штата Аризона (ASU). «Мы показали, что космический полёт влияет на общие регуляторы как у бактерий, которые неизменно вызывают заболевание у здоровых людей [Salmonella], так и у тех, что вызывают болезнь только у людей с ослабленным иммунитетом [Pseudomonas]».
Изучая глобальные паттерны экспрессии генов у патогенов, таких как Pseudomonas и Salmonella, команда Никерсон узнала больше о том, как они реагируют на пониженную гравитацию.
Pseudomonas aeruginosa может безвредно сосуществовать со здоровыми людьми, но представляет серьёзную угрозу для лиц с ослабленным иммунитетом. Это основная причина смерти страдающих муковисцидозом и серьёзный риск для жертв ожогов. Однако Salmonella typhimurium в достаточно высокой дозе всегда вызовет заболевание, даже у здоровых людей.
В ходе первоначального исследования в 2006 году два бактериальных патогена, Salmonella typhimurium и Pseudomonas aeruginosa, и один грибковый патоген, Candida albicans, были доставлены на станцию на борту шаттлов. Им позволили расти в специальных контейнерах в течение нескольких дней. Команда Никерсон первой оценила глобальную экспрессию генов и белков (реакцию бактерий на молекулярном уровне) и изменения вирулентности микробов в ответ на пониженную гравитацию.
«Мы обнаружили, что аспекты среды, с которой микробы столкнулись в космическом полёте, по-видимому, имитируют ключевые условия, с которыми патогены обычно сталкиваются в наших телах в ходе естественной инфекции, особенно в дыхательной системе, желудочно-кишечном тракте и урогенитальном тракте», — сказала Никерсон. Директор отдела передовых возможностей NASA Бенджамин Нойманн добавил, что «это означает, что помимо защиты будущих космических путешественников, такие исследования могут помочь в поиске более эффективных средств борьбы с патогенами здесь, на Земле».
Первоначальное и последующие космические эксперименты показывают, что космический полёт создаёт среду с низким напряжением сдвига жидкости, где жидкости оказывают небольшое усилие при обтекании поверхности клеток. Такая среда влияет на молекулярно-генетические регуляторы, которые могут сделать микробы более заразными. Эти же регуляторы могут аналогичным образом регулировать вирулентность микробов в ходе инфекции в организме человека.
«Мы теперь показали, что условия космического полёта модифицируют молекулярные пути, которые, как известно, участвуют в вирулентности Pseudomonas aeruginosa», — сказала Орели Крэбб, исследователь из лаборатории доктора Никерсон в ASU и ведущий автор статьи. «Будущая работа установит, проявляет ли Pseudomonas также повышенную вирулентность после космического полёта, как это сделала Salmonella».