远离地球，存在着一个令人着迷的微生物世界等待探索。在国际空间站（ISS）上，准地外生命正在生长和繁殖。尽管尽了最大努力避免污染，病毒、细菌和真菌还是通过宇航员的身体、建筑材料和食物来到了国际空间站。一旦进入空间站，一些微生物就会蓬勃发展，但一项新的研究表明，这可能不是最理想的组合。
根据2月27日发表在《细胞》杂志上的研究，空间站的微生物组代表了一种人为的极端环境。它缺乏多样性，并含有不成比例的抗菌素耐药基因。与此同时，国际空间站充满了独特而神秘的化学物质。
研究团队认为，这两个因素可能共同导致了许多宇航员在工作中经历的疾病和免疫功能障碍。皮肤过敏、突发性过敏、超敏反应以及单核细胞增多症和疱疹等潜伏病毒的再激活在宇航员中很常见。更深入地了解空间基础设施的微生物和化学环境，将有助于工程师和科学家进行改进，并使未来进行太空旅行的人类更健康。
“宇航员会接触到什么？这确实是我们正在提出的问题，”加州大学圣地亚哥分校的化学家兼微生物学家、该研究的联合高级作者Pieter Dorrestein告诉《大众科学》。“随着我们开始考虑长期太空旅行，甚至可能移居其他行星，这一点尤为重要，”他说。
表面拭子
为了探讨这个问题，Dorrestein和他的合作者分析了宇航员从国际空间站美国轨道段收集的737份表面拭子，并对每个样本中收集到的微生物和化学物质进行了分类。然后，他们将该数据集与对照样本以及之前从地球不同环境中采集的数据进行了比较。
他们注意到了许多有趣的发现和模式，但最重要的是，他们发现了一种匮乏。“一种描述国际空间站环境的方式是分子和微生物的极端缺失，”Dorrestein说。
这并不是说整个国际空间站都是一致的。研究小组发现，尽管有共享的空气系统和狭窄的空间，但空间站内的不同舱段在微生物和分子构成上却明显不同。一个区域的功能是决定表面上存在的细菌和化学物质组合的最大因素。例如，用于烹饪和用餐的舱段拥有更多源自食物的微生物。而容纳废物和卫生隔间的舱段则含有更多与人类粪便相关的细菌以及尿液的化学特征。
但总体而言，与地球样本相比，科学家们记录了美国轨道段表面微生物多样性较低。在国际空间站上发现的微生物仅占细菌系统发育树上主要分支的大约6%。相比之下，地球上的家庭拥有这些分支的10%到15%，而室外环境则接近30%。在已知的微生物组谱系中，空间站最接近于COVID-19隔离宿舍或高度消毒的医院。
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太空中的永恒化学物质
正如你可能预料的那样，自然环境中存在的微生物种类大多缺失。相反，大多数细菌、真菌、病毒和其他微生物都与人体有关。最普遍的细菌属是金黄色葡萄球菌，它通常存在于人体皮肤和粘膜中。
根据这项研究，空间微生物组的明显缺陷可能是一个令人担忧的问题。众所周知，接触各种各样的微生物对免疫系统健康起着重要作用。例如，在相对无菌的城市公寓里长大的孩子比在农场度过童年的人更有可能患上哮喘和过敏。长达数月的时间里缺乏关键的微生物接触，可能会导致宇航员的免疫系统出现功能障碍。
在发现的微生物中，科学家们在超过90%的样本中发现了1000多种抗菌素耐药性（AMR）基因。Dorrestein说：“这有很多，比陆地环境的要多。” AMR基因本身不一定是一个问题。但是，如果它们被人类病原体获得，可能会给太空旅行者带来严重的疾病。
空间站的化学成分分析起来更难一些。研究人员在化学样本中发现了数百种分子，但只能识别其中一小部分。对于65%的分子，研究人员甚至无法追溯可能的来源，更不用说确定结构了。“如果我们想了解太空旅行，我们就需要能够[更好地理解]这些分子，”Dorrestein说。
在已确定的化合物中，大部分来自细菌（标准细菌代谢的产物）。其他则来自食物、个人护理用品、清洁用品或建筑材料。值得注意的是，科学家们发现了像PFAS和邻苯二甲酸盐这样的工业化学品，它们已知对人体健康有负面影响。尽管大多数化学物质难以识别，但可区分的部分反映了高度城市化、人类输入占主导的合成环境的分子状况。“这些发现进一步将国际空间站定位为一个极端的、由人类输入主导的工程环境，”作者在研究中写道。
虽然某些化学物质的存在令人担忧，但Dorrestein指出，其他某些化合物的缺乏也可能带来风险。尽管研究不如微生物组充分，但分子多样性也可能带来健康益处。例如，他解释说，某些膳食化合物已知会与肠道细菌相互作用，从而增强免疫力。还需要更多的研究来了解国际空间站特定的化学环境如何影响宇航员。
弄点泥土
然而，一项化学发现尤为突出。在3号节点，宇航员用它来锻炼和如厕，其化学成分中包含强烈的清洁产品和消毒剂信号。同时，这个节点拥有最多样化的微生物环境——这可能表明持续清洁与微生物生长之间存在关联。Dorrestein指出因果关系尚不清楚。可能是因为细菌更多，所以该区域被更频繁地清洁。或者，频繁的清洁可能助长了一种环境，在这种环境中，没有一种细菌能够占据主导地位。尽管在许多情况下，多样化的微生物组是有益的，但在这种情况下可能并非如此，因为许多微生物似乎正在进化并将抗菌素耐药性基因传递下去。频繁的消毒可能会增加难以治疗的病原体出现的可能性。
幸运的是，这项研究提供了一个潜在的解决方案：加入一些泥土。“引入一种非盐性的环境土壤基质，可能会改变工业化工程环境（包括国际空间站）的微生物构成，使其更接近于在接触过环境的栖息地中发现的微生物群落，”研究人员写道。
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Dorrestein解释说，这是一种非常迂回、技术性的说法，意思是（经过深思熟虑地）将一些真实的地球物质带到太空，可能会使人类的生存环境更健康。
他并非设想在国际空间站的地板上铺上铲子般的堆肥，但或许可以使用经过消毒然后小心地重新接种的土壤来种植植物，并为宇航员传播有益的微生物。他还建议，发酵食品如纳豆和康普茶也可能有所帮助。以及其他不那么刺激、更具益生菌效果的清洁方法可能也是一种工具。
然而，要真正确定增强太空免疫力、最大化宇航员健康和实现行星探索的最佳方法，还需要更多的研究。科学家们将这项工作视为一个起点。“我们的研究确实创造了一个可以持续学习的资源。我们检测到许多我们还不知道如何解释的信号，”Dorrestein说。“关于太空旅行中的微生物和化学物质，我们还有很多东西要学。
