Ожидание неожиданностей в космической микробиологии
В настоящее время планируются полеты экипажей на другие планеты, а полностью автоматизированные роботизированные миссии, вероятно, вернут образцы с других планет на Землю, поэтому важно тщательно оценить и минимизировать любые связанные с этим микробиологические риски.
Микроорганизмы населяют Землю миллиарды лет и эволюционировали, чтобы процветать в, казалось бы совсем негостеприимных средах. Например, некоторые гипертермофильные археи могут расти при температуре 122 °C (Methanopyrus kandleri) , а некоторые способны выживать при температуре 130 °C (Geogemma barossii). Еще несколько десятилетий назад жизнь в таких неблагоприятных условиях считалась маловероятной. Другие микроорганизмы приспособились к жизни в холоде. Например, Planococcus halocryophilus OR1 растет при температуре -15 °C, а Deinococcus geothermalis может расти при температуре до -25 °C. Экстремофильные микроорганизмы также могут противостоять радиации. В одном исследовании изучалось, как Deinococcus spp. реагируют на воздействие условий за пределами Международной космической станции (МКС), и было установлено, что агрегированные клетки Deinococcus radiodurans переносят уровень радиации, более чем в 200 раз превышающий земной, и выживают после 3 лет пребывания в космосе.
Способность микроорганизмов переносить суровые условия на Земле заставляет задуматься о том, могут ли микроорганизмы жить в космосе, и нужно ли проводить оценку микробиологического риска для космических миссий, доставляющих людей на другие планеты или луны. Для начала, космонавты доставят в космос свою собственную микробиоту, включая микроорганизмы на коже, в кишечнике или те, которые они выдыхают. Микробиомы, связанные с человеком, остаются с нами на всю жизнь, и удалить их нелегко и нежелательно. Любые растения и насекомые, взятые на борт, также будут содержать своих собственных микробов. Поэтому все межпланетные экспедиции должны учитывать возможность непреднамеренного микробного загрязнения космических кораблей и внеземных объектов. Конечно, микроорганизмы из микробиомов человека, животных, растений или насекомых могут быть не устойчивы к радиации или расти в условиях микрогравитации, но потенциальные риски должны быть оценены. Две недавно опубликованные в журнале Nature Microbiology статьи подробно рассматривают эти вопросы.
В своей статье Энди Спрай, который был менеджером по планетарной защите и менеджером асептического сборочного комплекса для миссии Европейского космического агентства Beagle 2 в 2003 году, прежде чем занять свою нынешнюю должность в Институте SETI в качестве консультанта НАСА по планетарной защите, обсуждает актуальные вопросы планетарной защиты, которая определяется как контроль распространения земного микробного загрязнения в окружающей среде. Планетарной защитой занимается Комитет по космическим исследованиям (COSPAR) от имени Организации Объединенных Наций. COSPAR классифицировал тела Солнечной системы в зависимости от степени их сходства с Землей по уровням солнечной радиации, гравитации, атмосферного давления, магнитного поля и температуры. Исходя из этой информации, Марс, а также луны Европа и Энцелад считаются наиболее пригодными для жизни местами в нашей Солнечной системе и, следовательно, подвержены наибольшему риску контаминации земными микроорганизмами, также известному как "прямая контаминация". Формально возможно, что жизнь независимо развивалась на внеземных планетах и лунах, и "обратная контаминация" описывает любой случай, когда инопланетные микроорганизмы непреднамеренно заносятся обратно для заражения Земли.
Другой тип обратной контаминации может возникнуть, если собственная микробиота астронавтов или микроорганизмы на поверхностях космических кораблей или космических станций, таких как МКС, будут развиваться вне планеты и повторно заражать астронавтов, вызывая заболевания. В одном из исследований было установлено, что клинически значимые экологические бактерии могут расти на углеводах из углеродистых метеоритов, и что это может влиять на патогенность. В более позднем исследовании были взяты пробы с поверхностей МКС и сообщается, что микробиомы, связанные с МКС, похожи на те, что присутствуют на Земле. Авторы пришли к выводу, что "среда МКС способствует отбору наиболее приспособленных микроорганизмов (например, спорообразующих) к частично экстремальным физическим и химическим условиям окружающей среды (например, радиация, щелочные чистящие средства), но не вызывает постоянных изменений в физиологических и геномных способностях микроорганизмов".
Подходы к минимизации риска обратной контаминации могут включать карантин возвращающихся астронавтов на несколько недель или месяцев, а также тщательную проверку здоровья для оценки любых потенциальных угроз контаминации.
Во второй статье Шерил Никерсон и коллеги обсуждают аспекты микробиологии космических полетов, связанные со здоровьем человека и устойчивостью среды обитания, и утверждают, что микроорганизмы будут играть решающую роль в здоровье астронавтов, экологичности среды обитания и общем успехе миссии. Перед полетом в космос экипаж космонавтов проходит предполетный карантин, а космический корабль, груз и пища контролируются на наличие микроорганизмов. Несмотря на все эти усилия, астронавты страдают от инфекций. Взять хотя бы случай с полетом "Аполлона-7" в 1968 году, когда экипаж страдал от бактериальных или вирусных инфекций во время или после полета.
Практически невозможно избежать переноса потенциально инфекционных микроорганизмов на космические корабли, и исследования, характеризующие микробиом МКС, выявили разнообразные бактерии и грибки, включая патогенные виды. Виды сальмонелл были выделены из космических челноков и МКС, а эксперименты показали, что сальмонеллы, выращенные на борту МКС, обладают более высокой вирулентностью в мышиной модели инфекции. Поэтому эксперименты важны для понимания потенциальных микробиологических рисков, которым подвергаются члены экипажа, и в настоящее время они проводятся на борту МКС.
Земные микроорганизмы обладают огромным потенциалом эволюции и адаптации к жизни в различных нишах, включая внепланетные, и помимо всех современных процедур безопасности, таких как стерилизация, карантин и проверка здоровья космонавтов, важно не недооценивать эволюцию и предвидеть неожиданности.
Исследования микробной жизни в самых экстремальных, негостеприимных биомах на Земле, подобные тем, что проводятся в рамках проекта "Экстремальный микробиом", в котором оптимизированы методы работы с этими микроорганизмами и образцами, сформируют столь необходимую базу знаний для понимания особенностей микроорганизмов, необходимых для выживания во внеземных средах или в космосе. Наряду с текущими усилиями по изучению поведения земных микроорганизмов в космосе, исследования будут иметь ключевое значение для лучшего понимания любых микробиологических рисков, связанных с выходом за пределы нашей планеты.
