اسرار میکروبیوم فضانوردان؛ سفر فضایی چگونه بر سلامت انسان اثر می‌گذارد؟
از سیاه‌چاله‌ها گرفته تا مرگ گرمای کیهان، فضا خطرات بزرگی برای انسان دارد. اما همان‌طور که بشر به سفرهای فضایی طولانی فکر می‌کند، خطرات احتمالی کوچک‌تری وجود دارد که ممکن است سزاوار توجه بیشتری باشد. یکی از آن‌ها میکروب‌های زمینی است.
روی زمین، پژوهشگران درحال پی بردن به این مسئله هستند که چگونه باکتری‌های مختلف و میکروارگانیسم‌های دیگری که داخل و خارج از بدن انسان‌ها زندگی می‌کنند (میکروبیوم انسان) بر سلامت جسمی و روانی ما تأثیر می‌گذارند.
البته فضا محیط کاملاً متفاوتی نسبت‌به زمین است و دارای سطوح بالای تابش و ریزگرانش است. اگرچه علم دراین‌باره به نتیجه‌ی قطعی نرسیده است، این تفاوت‌های گسترده ممکن است موجب تغییرات غیرمنتظره در میکروبیوم فضانوردان شود. این امر به‌نوبه‌ی‌خود می‌تواند به طیف وسیعی از مشکلات سلامتی منجر شود که ممکن است در سفرهای فضایی طولانی مانند سفر به سیاره‌های دیگر آشکارتر باشد.
دیوید پیرس، پژوهشگر علوم زیستی از دانشگاه نورثومبریا و نویسنده مقاله منتشرشده در سال ۲۰۲۲ که به این موضوع می‌پردازد که چگونه سفر به مریخ ممکن است بر میکروبیوم روده تأثیر بگذارد، می‌گوید پیامدهای اختلال در میکروبیوم حتی روی زمین هم به‌خوبی درک نشده است.
پژوهش‌های مستقیم در رابطه با موضوع تأثیر سفرهای فضایی بر میکروبیوم انسان محدود است، زیرا تاکنون فقط حدود ۶۰۰ نفر به فضا رفته‌اند. کسانی که به سفر فضایی می‌روند، معمولاً به مدت طولانی در سفر نمی‌مانند، زیرا متوسط طول سفر به ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود شش ماه است.
البته برخی از پژوهشگران هنوز متقاعد نشده‌اند که شواهد کافی وجود دارد که نشان دهد میکروبیوم انسان در فضا دستخوش تغییر قابل‌توجهی می‌شود. با‌این‌حال، بسیاری از پژوهشگران ازجمله پیرس در تلاش هستند تا دریابند که آیا فضانوردان دچار وضعیتی به نام دیس‌بیوز می‌شوند که در آن میکروبیوم آن‌ها دچار تغییرات نامطلوبی می‌شود.
پژوهشگران سعی می‌کنند تا اثرات احتمالی فضا بر میکروبیوم را در دو مکان بررسی کنند: در محیط‌های روی زمین که شرایطی شبیه فضا دارد و در خود فضا.
در مثالی از مورد اول، نوربرتو گونزالس یواربه، پژوهشگر گروه تحقیقات میکروبیوم فضانوردان در گروه بیماری‌های عفونی و پزشکی ژنومیک مؤسسه جی کریگ ونتر درحال بررسی میکروبیوم پژوهشگرانی است که در ایستگاه‌های کنکوردیا و نیومایر در جنوبگان کار می‌کنند. گونزالس یواربه می‌گوید این مکان‌ها خصوصاً ازنظر تاریکی، محصور بودن و تماس محدود انسانی، تا حدی شبیه مکانی هستند که فضانوردان در آن قرار دارند.
گونزالس یواربه و همکارانش قصد دارند نمونه‌هایی از پژوهشگران این ایستگاه‌ها را تجزیه‌و‌تحلیل کنند تا ببینند که چگونه ترکیب میکروبی دستگاه گوارش آن‌ها تغییر می‌کند و سیستم ایمنی آن‌ها چگونه دربرابر شرایط شبیه شرایط فضا که در ایستگاه تحقیقاتی وجود دارد، واکنش نشان می‌دهد.
به‌گفته‌ی گونزالس یواربه، نتایج اولیه نشان‌دهنده تغییراتی در میکروب‌های روده است و تیم پژوهشی درحال بررسی داده‌های ایمنی‌شناسی هستند. او پیش‌بینی می‌کند که نتایج مطالعات آن‌ها تا پایان سال جاری منتشر شود.
مطالعات انجام‌شده در فضا اندک هستند. برای مثال، مطالعه‌ای از سال ۲۰۱۹ میکروبیوم فضانوردی به نام اسکات کِلی و برادر دوقلویش مارک را با هم مقایسه کرد. اسکات از سال ۲۰۱۵ به مدت حدود یک سال به ایستگاه فضایی بین‌المللی رفته بود. این مطالعه ادعا کرد که میکروبیوم اسکات در فضا تغییر کرده است. برای او، این تغییر شامل کاهش باکتروئیدها بود که اختلال در تنظیم آن‌ها با مشکلات عصبی و مشکلات سیستم ایمنی و مشکلات متابولیکی همراه بوده است و همچنین حاکی از افزایش در فیرمیکوت‌ها بود که باکتری‌هایی هستند که می‌توانند به تجزیه برخی نشاسته‌ها و فیبرها کمک کنند.
در سال ۲۰۱۹، مطالعه دیگری از مؤسسه جی کریگ ونتر، ۹ فضانورد را مورد بررسی قرار داد که بین ۶ تا ۱۲ ماه در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کرده بودند. فضانوردان نمونه‌هایی را از قسمت‌های مختلف پوست، بینی و زبان خود جمع‌آوری کردند. آن‌ها همچنین نمونه‌هایی از مدفوع، خون و بزاق خود را به همراه نمونه‌هایی از سطوح مختلف ایستگاه و مخزن آب آن جمع‌آوری کردند. با رسیدن نمونه‌ها به دست دانشمندان، آن‌ها DNA نمونه‌ها را استخراج و توالی‌یابی کردند تا ببینند که چگونه میکروبیوم فضانوردان در طول زمان تغییر می‌کند.
این مطالعه نشان داد تعداد میکروب‌های پوستی مختلف ازجمله انواع گاماپروتئوباکتریا کاهش پیدا کرده بود که طبق فرضیه‌ی نویسندگان می‌تواند در ایجاد پدیده شایع راش‌ها و حساسیت پوستی شدید در میان فضانوردان در فضا نقش داشته باشد. این یافته‌ها همچنین نشان داد که میکروبیوم دستگاه گوارش فضانوردان تغییر کرده بود و جمعیت دو نوع باکتری (آکرمانسیا و رومینوکوک) که به‌نظر می‌رسد در حفظ انسجام مخاط دستگاه گوارشی و همچنین در تجزیه کربوهیدرات‌ها نقش مهمی داشته باشند، پنج برابر کاهش پیدا کرده بود.
گونزالس یواربه که در مطالعه سال ۲۰۱۹ مشارکت نداشت، گفت تغییر میکروبیوم روده می‌تواند بر متابولسیم غذا، سلامت استخوان و حتی شناخت تأثیر بگذارد. سفرهای طولانی‌تر در فضا (مانند ۱۸ ماه سفر به مریخ و بازگشت از آن) احتمالاً این مشکلات را تشدید می‌کند. او گفت: «تغییر در میکروبیوم کلی تأثیراتی بر سلامت کلی مغز و سلامت شناختی خواهد داشت.»
همچنان همه متقاعد نشده‌اند که میکروبیوم انسان در فضا تغییر می‌کند. به‌گفته‌ی جک گیلبرت، استاد بیماری‌های کودکان در دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو و رئیس بخش زیست‌شناسی مؤسسه اقیانوس‌شناسی اسکریپس، تعداد شرکت‌کنندگان در مطالعات موجود آن‌چنان کم بوده است که نمی‌توان براساس آن نتیجه‌گیری کرد. او گفت: «با تعداد کم افرادی که در فضا هستند، انجام مطالعاتی که دقت آماری قابل قبولی داشته باشند، دشوار است.»
گیلبرت همچنین درمورد مطالعه دوقلوهای کِلی تردید دارد: «ما مطالعات دوقلوی زیادی داریم که آن‌ها را در طول زمان روی زمین با هم مقایسه کرده‌ایم و همه آن‌ها انحراف قابل‌توجهی از هم نشان داده‌اند.»
گیلبرت گفت چیزی که می‌تواند برای سلامت انسان در فضا نگران‌کننده‌تر باشد، میکروب‌هایی است که می‌توانند از بدن فرار کنند و به نسخه‌های خطرناک‌تری تبدیل شوند. مطالعه سال ۲۰۱۹ گیلبرت و همکارانش نشان می‌دهد احتمال وقوع چنین چیزی ممکن است وجود داشته باشد.
در مارس ۲۰۱۶، فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی نمونه‌هایی را از میز غذاخوری ایستگاه جمع‌آوری کردند. شش روز بعد، نمونه‌ها به زمین آورده شد. گیلبرت و تیمش میکروب‌های موجود در نمونه‌ها را جدا کردند و دو سویه از قارچ فیوزاریم آکسیسپورم را انتخاب کردند و ژن‌های آن‌ها را تعیین توالی کردند. پژوهشگران سپس نمونه‌های قارچ جدا شده را با ۶۲ سویه دیگر مقایسه کردند و دریافتند که ژنتیک سویه‌های مربوط به نمونه‌های ایستگاه فضایی با ژنتیک سویه‌های همتایان زمینی آن‌ها فرق دارد.
این تیم همچنین کرم‌های کوچکی به نام نماتد را درمعرض هر دو نمونه قرار دادند. آن‌ها دریافتند که برخی از میکروب‌هایی که از ایستگاه فضایی بین‌المللی آمده بودند، تعداد بیشتری از کرم‌ها را از بین بردند. گیلبرت گفت این امکان وجود دارد که قارچ‌ها در پاسخ به شرایط سخت فضا بیماری‌زاتر شوند، اگرچه تیم او درحال کار روی مطالعه جدیدی برای کمک به روشن شدن این ارتباط است.
میکروب‌ها محیط‌های گرم و مرطوبی مانند محیط درون بدن انسان را ترجیح می‌دهند. بنابراین، میکروب‌هایی که از آن زیستگاه به سطوح سرد و خشک فرار می‌کنند، همچنین درمعرض تشعشات و عدم گرانش قرار می‌گیرند و می‌توانند در طول نسل‌ها مهارت‌های بقای جدیدی را به دست آوردند. گیلبرت افزود: «برخی از آن استراتژی‌های بقا با مواردی مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی یا افزایش شدت بیماری‌زایی دربرابر انسان‌ها ارتباط دارد.»
گیلبرت خاطرنشان کرد فضانوردانی که برای رفتن به فضا انتخاب می‌شوند، اغلب بسیار سالم هستند، بنابراین احتمال اینکه براثر این میکروب‌های سرکش بیمار شوند، کم است. گرچه، اگر فردی که در سفر طولانی به مریخ است، به خاطر مسمومیت غذایی یا خستگی سیستم ایمنی ضعیفی داشته باشد، می‌تواند توسط این میکروب‌های جان‌سخت آلوده شود.
به‌گفته‌ی تمام پژوهشگرانی که با آن‌دارک گفتگو کردند، پژوهش‌های موجود روی میکروبیوم انسان در فضا بسیار کم است و نادانسته‌های زیادی درباره این موضوع وجود دارد. برای مثال، نیکول باکلی، سرپرست برنامه SciSpacE آژانس فضایی اروپا خاطرنشان کرد که دشوار است که بگوییم که آیا در فضا مشکلاتی مانند بی‌خوابی براثر اختلالات میکروبی ایجاد می‌شود یا اینکه آیا میکروب‌ها در ایجاد بیماری یا واکنش به بیماری‌ها نقش دارند.
پیرس گفت، همچنین مشخص نیست که پژوهشگران چگونه می‌توانند میکروبیوم فرد را در فضا تثبیت کنند تا دچار اختلال نشود و موجب بیماری نشود. برای مثال، پیوند مدفوع که شامل پبوند باکتری‌های مفید از مدفوع اهداکننده سالم به فرد بیمار است، می‌تواند به بازیابی عملکردهای ایمنی افراد مبتلا به بیماری‌های خاص کمک کند. اما ازآن‌جا که میکروبیوم‌ها بسیار پیچیده هستند، این کار مانند تجویز یک دارو نیست که نتیجه مشخصی داشته باشد. شما درحال مصرف ارگانیسمی هستید که ممکن است تثبیت شود و نتیجه مطلوبی داشته باشد یا ممکن است تثبیت نشود و نتیجه مورد انتظار را حاصل نکند.
اگرچه برخی از پژوهشگران خاطرنشان کرده‌اند که تغییرات نسبتاً ساده می‌تواند سلامت فضانوردان را بهبود دهد. به‌گفته‌ی گونزالس یواربه، تهیه میوه‌ها و سبزیجات تازه و غذاهای سرشار از فیبر می‌تواند میکروب‌هایی را که در دستگاه گوارش اسیدهای چرب کوتاه زنجیر را تولید می‌کنند، افزایش دهد که به حمایت از سیستم ایمنی کمک می‌کنند. باکلی خاطرنشان کرد که غذاهای پری‌بیوتیک و پروبیوتیک نیز می‌توانند در این زمینه مفید باشند.
- حضور در فضا به دلایل نامعلوم موجب تخریب سلول‌های خون می‌شود
- باکتری‌های جدید روی ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌توانند آینده‌ای را روی مریخ بنا کنند
- حضور طولانی‌مدت در فضا بلایی ناخوشایند بر سر استخوان‌های فضانوردان می‌آورد
به‌گفته‌ی گریس داگلاس از پروژه فناوری غذایی پیشرفته ناسا، فضانوردان در فضا به غذاهای خشک‌شده انجمادی دسترسی دارند که دارای سطوح طبیعی از میکروارگانیسم‌های مرتبط با غذا هستند، اما برای اجتناب از اینکه حاوی پاتوژن باشند، فرآوری می‌شوند.
فضانوردان همچنین مقادیر اندکی میوه و سبزیجات تازه ازطریق مأموریت‌های تجدید تدارکات دریافت می‌کنند. با‌این‌حال، به‌گفته‌ی باکلی، میکروبیوم سالم به غذاهایی با حداقل سطح فرآوری و میوه و سبزیجات و غذاهای پراز فیبر بیشتری نیاز دارد.
سازمان فضایی اروپا درحال انجام مطالعه‌ای است که در آن، ترکیبات موجود در شیر انسان به نام الیگوساکاریدها (گروهی از کربوهیدرات‌ها) را به رژیم غذایی پژوهشگرانی اضافه می‌کنند که برای بیش از یک سال در ایستگاه تحقیقات کنکوردیا در جنوبگان می‌مانند. اعتقاد بر این است که این ترکیبات در ایجاد میکروبیوم سالم نوزادان مهم هستند. این مطالعه تأثیر الیگوساکاریدها را بر میکروبیوم، سیستم ایمنی و خلق‌و‌خوی پژوهشگران آزمایش خواهد کرد.
هنوز زمینه‌های دیگری وجود دارد که نیاز به بررسی دارند و می‌توانند درک دانشمندان را از اثر فضا بر میکروبیوم انسان افزایش دهند. به‌گفته‌ی پیرس، برای مثال لازم است اطلاعات بیشتری درمورد فضانوردان به صورت انفرادی و تعادل میکروبی آن‌ها و اینکه چه چیزی موجب می‌شود میکروبیوم آن‌ها پایدار یا ناپایدار شود، به دست آید.
پیرس اضافه کرد که فضانوردان ممکن است با پاتوژن‌های فرصت‌طلب آشنا مواجه شوند (میکروب‌هایی که معمولاً بی‌خطر هستند، اما وقتی سیستم ایمنی فرد ضعیف می‌شود، می‌توانند خطرناک شوند، مانند استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی سیلین (MRSA) که در دو درصد افراد یافت می‌شود. اما او گفت که ممکن است ناشناخته‌هایی نیز در این حوزه وجود داشته باشد: میکروب‌هایی که انسان‌ها به فضا منتقل می‌کنند و پتانسیل ناشناخته‌ای برای تبدیل شدن به عامل بیماری‌زا دارند.
پیرس گفت، درحال‌حاضر نمی‌توان گفت که چگونه میکروبیوم انسانی در سفر طولانی به مریخ، در مقایسه با اقامت نسبتاً کوتاه در ایستگاه فضایی بین‌المللی تغییر می‌کند. اما با توجه به جدول زمانی پرواز فضایی به سیاره سرخ (که ناسا برای اواخر دهه ۲۰۳۰ یا اوایل دهه ۲۰۴۰ برنامه‌ریزی می‌کند)، دانشمندان زمان زیادی برای درک بهتر نقشی که میکروبیوم ممکن است در سلامت فضانوردان داشته باشد، دراختیار دارند. تا آن زمان، پژوهشگران باید مطالعات خود را با استفاده از تمام ابزارهای دردسترس ادامه دهند.
