Ученые выяснили, почему бактерии становятся более опасными в космосе
Бактерии ведут себя гораздо агрессивнее в невесомости и активнее размножаются в космосе из-за нарушений в транспортировке веществ внутри их клеток, который заставляют их постоянно считать себя "голодными", говорится в статье, опубликованной в журнале PLoS One.
Российские и американские ученые уже много лет изучают то, как жизнь в космосе влияет на здоровье человека и работу иммунной системы людей и животных. К примеру, в прошлом году они выяснили, почему многие космонавты жалуются на проблемы со зрением в космосе, а также то, почему астронавты программы "Аполлон" периодически падали и теряли равновесие на Луне.
Луис Зеа (Luis Zea) из университета Колорадо в Боулдере (США) и его коллеги раскрыли еще одну из странностей в воздействии невесомости на живые организмы — повышение агрессивности бактерий, изучая то, как меняется работа различных цепочек генов и белков в обычной кишечной палочке (Escherichia coli) при попадании в космос.
Многие или даже почти все изменения в работе клеток, как предположили ученые, происходят по той причине, что в открытом космосе отсутствует гравитация, которая направляет и ускоряет многие процессы обмена веществ в бактериях и в нашем теле.
В условиях невесомости молекулы питательных веществ, белки и прочие вещества смогут двигаться в клетках только или при активной работе "молекулярных моторов" внутри них, или же в результате броуновского движения молекул. Поэтому многие клеточные процессы обмена веществ могут замедлиться в космосе и вызвать ряд нарушений в жизни микроба.
Зеа и его коллеги проверили эту идею, вырастив несколько колоний кишечной палочки и отправив их на борт МКС в декабре 2014 года. Там за ростом микробов наблюдал астронавт Майк Хопкинс (Mike Hopkins), регулярно собиравший образцы бактерий и замораживавший их для возвращения на Землю. Все бактерии возвратились на Землю в мае и в октябре 2015 года на борту грузовых кораблей компании SpaceX.
Как и ожидали ученые, бактерии, обитавшие на борту МКС, размножались быстрее, чем их "земные" сородичи, и лучше справлялись с попаданием антибиотика гентамицина, который Хопкинс вводил в разных дозах в некоторые чашки с кишечной палочкой по поручению ученых.
Причиной этого, как показал генетический анализ возвращенных на Землю образцов, было то, что работа восьми десятков генов в ДНК кишечной палочки заметно повысилась при попадании в космос, причем в большинстве случаев она выросла в 10 и более раз.
Повышенная активность двух семейств генов – thi и hde – указала на то, что клетки по каким-то причинам начали синтезировать определенные аминокислоты необычными путями, которые обычно "включаются" только тогда, когда микробу не хватает питательных веществ, или же он находится в слишком кислой среде, а также испытывает другие виды стресса. Вдобавок, резко повышается активность генов семейства mal, отвечающих за транспорт сахаров внутри клетки.
Все эти вещи, как считают ученые, указывает на то, что клетки микробов считают себя постоянно "голодающими" в космосе и активно пытаются найти дополнительные источники нутриентов и энергии, в том числе и те, которых в питательной среде в принципе не было. В свою очередь, включение "транспортных" генов mal говорит о том, что было "виновато" отсутствие гравитации, мешающее распространению питательных веществ в цитоплазме микроба.
Повышенная агрессивность бактерий, судя по всему, была связана с этой стрессовой реакцией и тем, что в таких условиях кишечная палочка начинает вырабатывать много молекул уксусной кислоты и ускоряет свой метаболизм, пытаясь выжить в условиях "пищевого кризиса". Дальнейшие наблюдения за поведением бактерий на МКС, как надеются ученые, помогут понять, как можно нормализовать их работу и сделать их менее опасными для человека