Невесомость меняет состав кишечных бактерий

Биологи выяснили, какие из факторов космического полёта влияют на микробиом кишечника.

Биологи выяснили, какие из факторов космического полёта влияют на микробиом кишечника.
Фото NASA.

Кишечные бактерии выполняют многочисленные и ещё не до конца изученные функции.

Кишечные бактерии выполняют многочисленные и ещё не до конца изученные функции.
Иллюстрация Pixabay

Биологи выяснили, какие из факторов космического полёта влияют на микробиом кишечника.
Кишечные бактерии выполняют многочисленные и ещё не до конца изученные функции.

Кишечные бактерии выполняют в человеческом организме огромное количество функций, и не все из них хорошо изучены. Как выяснили биологи, невесомость сильно влияет на состав наших "маленьких друзей", а это означает, что покорителей космоса может подстерегать опасность. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в журнале Microbiome группой во главе с Мартой Витатерна (Martha Vitaterna) из Северо-Западного университета в США.

Анализ изменений в микробиоме – сложная задача. В кишечнике животных обитает огромное количество микроорганизмов, далеко не все из которых известны науке. Так, у разных особей перед началом эксперимента могут быть разные наборы кишечных бактерий, так что отследить изменения в микробиоме трудно.

"Не было статистического подхода к выполнению этой работы, – рассказывает Витатерна. – Инструментов не было, поэтому мы их изобрели. Это классический случай, когда необходимость является матерью изобретения".

Ещё в 2011 году для таких статистических вычислений группа Витатерна создала программу STARMAPS. Теперь она пригодилась, чтобы проанализировать изменения микробиома в результате космического полёта и выяснить их причину.

Авторы изучили микробное население образцов фекалий, собранных у мышей после 37-дневного полёта на борту Международной космической станции в 2014 году. При этом контрольная группа грызунов содержалась в таких же условиях по режиму питания, температуре и так далее, но на Земле. Два главных фактора космического полёта, которые не испытывала на себе контрольная группа – это невесомость и радиация. Ещё две группы грызунов содержались в обычных для лабораторных мышей условиях.

Как и ожидали исследователи, контрольная и экспериментальная группы сильно отличались по составу микробиома от животных, содержавшихся в привычной среде.

"Мы обнаружили, что среда обитания оказывает большое влияние [на микробиом]", – объясняет Витатерна.

Но были ещё и отличия между первыми двумя группами, отражающие, по всей видимости, влияние невесомости или космической радиации.

Биологи обнаружили, что космический полёт привёл к значительному изменению численности таксонов в одном отряде, одном семействе, пяти родах и шести видах микробов.

Кишечные бактерии выполняют многочисленные и ещё не до конца изученные функции.

Случайны эти изменения или закономерны? Какими из факторов космического полёта, не имитировавшихся в контрольной группе, они вызваны? Чтобы понять это, требовалось сравнить полученные данные с результатами других исследований. Ведь коллеги авторов уже отслеживали изменения микробиома у мышей в результате путешествия на "Шаттле" в 2011 году, а также имитации космического радиационного фона на Земле.

Но сделать это оказалось не так-то просто. Каждый эксперимент имел свою специфику, и сравнение "в лоб" (так же изменился микробиом или не так же) оказалось бессмысленным. Требовалось ввести статистические поправки, учитывающие особенности каждого исследования.

Здесь учёным снова пригодилась среда STARMAPS, которая представляет данные разных экспериментов как области в едином многомерном пространстве. Это позволяет сравнить между собой результаты, полученные разными группами.

Выяснилось, что изменения в микробиоме мышей на борту МКС после поправок на специфику эксперимента были очень похожи на те, что произошли с грызунами на "Шатлле". Это значит, что результаты оказались воспроизводимыми.

С другой стороны, в наземных экспериментах по имитации космической радиации микробиом животных менялся совсем иначе.

"Облучение определённо влияет на микробиом кишечника, – констатирует Витатерна. – Но эти эффекты не похожи на те, что мы видели в случае космического полёта".

Таким образом, можно сделать вывод, что эти изменения вызваны невесомостью, хотя потребуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить его со стопроцентной уверенностью.

Витатерна также принимала участие в сравнении кишечных микробиомов близнецов Скотта и Марка Келли ("Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали про результаты того эксперимента). Первый из них провёл на орбите 520 суток, а второй никогда не покидал Земли.

Биологи не анализировали результаты этого эксперимента с помощью STARMAPS, но, по предварительным оценкам, космос изменил микробиом человека примерно так же, как и мышиный. В частности, соотношения одних и тех же основных типов бактерий изменились в одном и том же направлении. Кроме того, у человека и грызунов слегка выросло общее разнообразие кишечных бактерий.

Так как наука по-прежнему изучает влияние таких изменений на здоровье и состояние человека, можно предположить, что космическим путешественникам будущего может грозить опасность. Впрочем, в этом вопросе учёным ещё только предстоит разобраться.

К слову, ранее мы писали о других потенциально опасных последствиях космических полётов, в том числе о влиянии таких путешествий на сердце и изменениях на молекулярном уровне.