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太空环境细菌出现未知行为 失重下形成茎盖结构

http://www.kexue.com 2013-07-01 09:21:07 新浪科技  发表评论

绿脓杆菌样品被使用人工尿液进行培养,并形成一种独特的“茎-盖”结构,这是在地球上所未见的
绿脓杆菌样品被使用人工尿液进行培养,并形成一种独特的“茎-盖”结构,这是在地球上所未见的

  北京时间6月29日消息,据美国宇航局网站报道,一项由美国宇航局资助,由纽约伦斯勒理工学院开展的研究工作发现亚特兰蒂斯航天飞机上的一些菌落会表现出一种从未在地球上被观察到过的行为。这项研究对于了解太空飞行环境下细菌的行为具有重要意义,从而帮助我们应对未来执行长期太空飞行时细菌对宇航员健康构成的潜在挑战。

  伦斯勒理工学院化学与生物工程学院助理教授辛西娅·柯林斯(Cynthia Collins)是这项研究的第一作者,她的研究组在2010年5月16日将一台实验设备安置在执行STS-132飞行任务的亚特兰蒂斯号航天飞机上,后来又于2011年7月8日,在该航天飞机执行STS-135任务期间再次搭载相同实验载荷。其搭载的细菌种类主要是绿脓杆菌,这是花费3天时间在人工尿液中培养的。在太空中,这种细菌的菌落——生物膜,形成了一种不同的“茎-盖”结构,这是在地球上所未见的。另外,在太空环境下形成的生物膜拥有更多活的细胞,也因此能够拥有更大的生物量,整体也可以成长到比常规拥有更大的生物膜厚度。

  生物膜是一种复杂的立体微生物群落,在自然界非常常见,大部分生物膜,包括那些在人体内发现的种类,都是无害的。而另一些则与疾病有关。柯林斯表示:“生物膜在当年俄国的和平号空间站上猖獗一时,而现在在国际空间站上同样生长旺盛,但我们对于它们在太空环境下如何生长一直缺乏相应的认识。”她说:“我们的研究首次提供了有关太空飞行影响菌落水平上细菌行为的证据,并帮助加深有关在太空飞行中细菌与人体之间有害或有意互动方面的理解。”有关这项研究的结果已经发表于4月29日出版的《PLOS ONE》杂志,题为《太空飞行促进绿脓杆菌生物膜生长》。

  除了对于宇航员与未来太空探索飞行任务的重要意义,这项研究还将帮助在地球上更好的预防和对抗细菌感染。考察太空飞行过程中的生物膜形成将提供不同因素,包括重力场,流体以及营养情况的差异可能会对地球上细菌生物膜产生何种影响的新信息。另外,柯林斯还指出这项研究未来将有望帮助开发新的方法,在医院等环境中遏制传染性疾病的扩散。

  马卡瑞纳·帕拉(Macarena Parra)是美国宇航局埃姆斯研究中心的载荷科学顾问,他说:“在飞行器上开展微生物学实验的机会是非常宝贵的。在轨道上的卫星,或是搭载于国际空间站上的实验设备,将让科学家们验证在地面实验中得到的结果并观察那些只会在太空环境下出现的现象。”

  目前在地球上还无法制造出完全可以替代太空的微重力环境。尽管科学家们已经在实验室中使用各种手段创造出一些微重力环境,但这些手段都有着各自的局限性。在这些人造微重力环境下得到的实验结果很多时候与在真实微重力环境下的结果之间存在差异。

  就这项实验来说,研究组一共搭载了12台设备,称作“组激活组件”(GAPs),其中每一个内部都8小瓶的绿脓杆菌。科学家们选用人工尿液作为培养基,是因为它可以从生理上模拟生物膜在人体内外环境下的生长环境,并考虑了未来长期太空航行环境下对尿液回收等方面的重要意义。

  每个小瓶中有一片纤维素膜,可以供细菌的生物膜在上面生长。在轨道飞行期间,宇航员们打开密封的小瓶,让细菌接触到人工尿液培养基。仅仅在数分钟,这些在太空中的细菌菌落便很快被完成了和在地球上肯尼迪太空中心的对照组相同的操作。

  在这些样品被送回地球之后,研究组小心的将生物膜从培养基中分离,并利用各种实验室手段测量形成生物膜的厚度,观察活细胞的数量并计算单位面积上的菌落体积。另外,科学家们还使用共焦激光扫描显微镜获取这一生物膜高分辨率下的立体结构信息。

  更进一步,研究组正计划探究这些奇特的生物膜内部所发生的变化。为了更好地了解太空飞行对绿脓杆菌生理方面的影响,柯林斯与同事们将对这些细菌与遗传表达相关的变异和毒性进行研究。研究组还将建立数学模型,帮助理解太空飞行环境下不同因素将如何对生物膜的生长产生影响。柯林斯表示:“在微重力环境下形成的绿脓杆菌生物膜的独特外观和结构说明它们可以自然适应不同于地球的环境条件,这方面的情况值得进一步研究,包括其长期生长以及对微重力环境的适应等等。”她说:“在我们将宇航员送往太空,或开展其它长期太空旅行之间,我们必须能够确保我们已经最大程度上排除了生物膜对宇航员或我们设备造成的影响。”(晨风)

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