人体微生物组“上天”会发生什么变化？
近年来的研究已经发现，人体微生物组与人体疾病健康紧密相关。那么，人体微生物组进入特殊的太空环境中会发生什么变化呢？这些变化会导致宇航员发生疾病吗？
今天，我们共同关注太空对微生物组的影响。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
太空环境如何影响微生物组
宇航员在太空中面临着许多健康问题，包括骨密度下降、肌肉萎缩和心理问题。那么他们的微生物组呢？会发生怎样的变化？
在地球上，研究人员正在越来越多地了解生活在人体内外的各种细菌和其他微生物（人类微生物组）是如何影响人体身心健康的。而太空是一个与地球完全不同的环境——具有高辐射和微重力的特征。尽管目前还不能确定，但这些巨大的差异可能会导致宇航员的微生物组发生意想不到的变化。反过来，这可能会导致一系列的健康问题，并且在长途太空旅行中（就像去另一个星球旅行一样）这些问题可能会变得更为明显。
Northumbria大学的生物科学研究人员David Pearce说，即使在地球上，我们对被破坏的微生物组产生的影响仍然知之甚少，而在太空中这会引发什么相关疾病就变得更加难以预测。Pearce在2022年发表了一篇探索火星之旅如何影响肠道微生物的文章。
此外，直接研究是有限的，因为大约只有600人曾经到过太空。而且，前往国际空间站的旅行时间平均约为六个月，一些研究人员并不相信有足够的证据表明人类微生物组在太空中会发生很大变化。
尽管如此，包括 Pearce在内的许多研究人员都在尽力弄清楚宇航员是否会进入一种微生物组发生不利变化（即菌群失调）的状态。Pearce说：“他们要离开地球很长一段时间，那么这种菌群失调是否会成为一个严重的问题，会不会导致健康问题，进而影响他们的行为能力？”
研究人员试图了解太空对微生物组的潜在影响：通过研究与太空环境相似的陆地环境，或真正的太空环境。
关于前者，J. Craig Venter研究所宇航员微生物组研究小组的首席研究员Norberto González-Juarbe正在研究在南极洲康科迪亚和纽迈耶站工作的研究人员的微生物组。
他说，这些地点与太空环境有相似的陆地环境，它们都是黑暗的、禁闭的且仅有有限的人类接触。该团队计划分析来自这些南极站研究人员的样本，以了解他们肠道微生物如何变化，以及他们的免疫系统如何应对类似空间站的条件。
González-Juarbe说：“早期结果显示他们的肠道微生物发生了变化，而免疫学数据正在分析中，预计将在今年年底前公布结果。”
同时，也有一些在太空中进行的研究。例如，2019年的一项研究比较了宇航员Scott Kelly和他的双胞胎兄弟Mark的微生物组，前者从2015年开始在国际空间站待了近一年，而后者则一直在地球上。该研究发现Kelly的微生物组确实在太空中发生了变化，包括拟杆菌门的减少，该类细菌的失调与神经系统、免疫系统和代谢问题有关。同时，Kelly微生物组中厚壁菌门增加了，这是一类可以帮助分解某些淀粉和纤维的细菌。
2019年，J. Craig Venter研究所的另一项研究观察了9名在国际空间站停留了6到12个月的宇航员。研究人员研究了从宇航员的皮肤、鼻子、舌头的不同部位以及来自空间站及其蓄水池各个表面采集的样本，以及宇航员的粪便、血液和唾液。样本的DNA测序结果揭示了宇航员的微生物组如何随时间变化。
研究发现，包括γ-变形菌在内的各种皮肤微生物数量减少，研究人员推测这可能导致了太空宇航员普遍出现皮疹和皮肤过敏问题。研究结果还表明，宇航员的肠道微生物组发生了变化，可能在维持消化道粘液完整性和分解碳水化合物方面发挥着重要作用的两种细菌—Akkermansia和瘤胃球菌属减少了五倍。
没有参与2019年这项研究的González-Juarbe说，肠道微生物组的变化会影响食物消化、骨骼健康，甚至认知。在太空中更长时间的停留，比如去火星和返回的18个月，可能会使这些问题变得更加复杂。他说：“‘You are what you eat’这句话是有一定道理的。微生物组的整体变化将对你的大脑健康和认知健康产生影响。”
然而，并不是每个人都相信人类微生物组在太空中会发生变化。加州大学圣地亚哥分校儿科教授、Scripps海洋研究所生物学系主任Jack Gilbert表示，现有研究的人群样本太少，无法得出任何结论，做任何严谨的统计研究都太难了。
Gilbert也对Scott Kelly双生子研究持怀疑态度：“我们在地球上进行了很多双胞胎研究，随着时间的推移，他们也都显示出明显的差异。”
Gilbert说，对于人类在太空中的健康来说，可能更需要关注那些可能会逃离人体并变得更加危险的微生物。2016年3月，国际空间站的宇航员从空间站的餐桌上采集了样本。六天后，样本被带回地球。
Gilbert和他的团队随后分离出样本中的微生物，选择了两株真菌尖孢镰刀菌，并对它们的基因进行了测序。然后，研究小组将分离的真菌样本与其他62种菌株进行了比较，发现国际空间站样本的基因与其陆地对应真菌的基因不同。该团队还利用线虫对两个样本进行了研究，发现来自国际空间站的一些微生物杀死了更多的线虫。
Gilbert说，真菌可能会因太空的严酷环境而变得更具致病性，他的团队正在开展一项新研究以解析这种关系。微生物更喜欢温暖潮湿的区域，例如人体内的环境。因此，从人体栖息地逃逸到寒冷干燥表面并会受到辐射和缺乏重力的影响的微生物，需要在几代之内获得新的生存技能。
他说：“不幸的是，其中一些生存策略与抗生素耐药性或增强对人类的毒力等问题有关。”Gilbert指出，选择去太空的宇航员通常非常健康，因此他们因这些有害微生物而生病的可能性很小。但是如果有人在火星长途旅行中因食物中毒或疲惫而导致免疫系统衰弱，可能会被这些有害细菌感染。
目前，关于太空中的人类微生物组还存在很多未知。例如，欧洲航天局SciSpacE计划的团队负责人Nicole Buckley指出，很难说太空中的任何疾病，如失眠，是由菌群失调引起的，还是微生物只是对疾病具有一定的贡献或响应。
Pearce说，到目前为止，研究人员还不清楚如果人体微生物组失控到生病的程度，那么要如何在太空中重新稳定它们。例如，粪菌移植（FMT）——将健康捐赠者粪便中的有益细菌移植到生病的人身上——可以帮助某些疾病患者恢复免疫功能。但由于微生物组非常复杂，Pearce说：“这不像是服用一种药物，你使用的是一堆生物，它可能会重塑微生物组产生一个理想的结果，但也有可能无法重塑微生物组，无法达到你预期的效果。”
然而，一些研究人员指出，相当简单的改变就可能会为宇航员带来改变。González-Juarbe说，提供新鲜水果和蔬菜以及高纤维食物可以促进微生物产生短链脂肪酸，这有助于加强免疫系统。Buckley指出，益生菌和益生菌食品也可以在这方面有所帮助。
根据美国宇航局先进食品技术项目Grace Douglas的一封电子邮件，太空中的宇航员确实可以获得冻干食品，这些食品具有“正常水平的与食物相关的微生物”，但已经经过加工去除了病原体。同时，宇航员还可以通过补给获得少量新鲜水果和蔬菜。尽管如此，根据Buckley的说法，健康的微生物组需要限制加工食品，并提供更多的新鲜水果和蔬菜以及高纤维食品。
欧洲航天局目前正在进行一项研究——给在南极Concordia研究站停留一年多的研究人员提供母乳寡糖（HMO）。这些化合物被认为是婴儿时期创造健康微生物组的重要因素。该研究将测试HMO对研究人员的微生物组、免疫系统和情绪的影响。
Pearce说，还有其他领域需要探索，以进一步科学地理解太空对人类微生物组的影响。例如，需要更多关于宇航员及其微生物平衡的信息，是什么导致他们的微生物组变得稳定或不稳定。
Pearce补充说，宇航员可能会遇到熟悉的机会性病原体——这些微生物通常是无害的，但当一个人的免疫系统减弱时，它们会变得危险，以及其他因素——比如在2%的人中发现造成耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。这一领域可能存在“未知的未知数”：人类携带进入太空的微生物可能存在未被发现的致病潜力。
Pearce说，目前，与在国际空间站相对较短的停留时间相比，人类微生物组在长途的火星旅行中会发生怎样的变化也不得而知。但考虑到飞往火星的太空飞行计划还举距离我们有较长的时间（美国宇航局计划在2030年代末或2040年代初进行），科学家们有足够的时间来更好地了解微生物组对宇航员健康可能发挥的作用。
在那之前，Pearce表示，研究人员应该继续使用他们可用的手段，无论是模拟太空的陆地研究、针对太空本身的研究，还是只是旨在更好地了解在地球上的人类微生物组的研究。
原文链接：
https://undark.org/2022/11/02/the-mysteries-of-the-astronaut-microbiome/
作者｜DOUG JOHNSON
编译｜刘畅
审校｜617
编辑｜豫小鱼