Nowatorskie badania bakterii tylko na ISS
Mikrograwitacja zwiększa zjadliwość niektórych szczepów bakterii. Oddziałuje na geny i białka mikroorganizmów, stąd "zarazki" wyhodowane w przestrzeni kosmicznej różnią się od ziemskich. Pozwala na tworzenie specjalnych szczepów bakterii - szczepionek przeciwko pneumokokom płuc.
To zapewne nie wszystkie z możliwości, które oferuje przestrzeń kosmiczna biotechnologii i medycynie. Badanie, modyfikacja i obserwacja patogennych szczepów bakterii przynosi i będzie przynosić korzyści.
Warunki długotrwałej mikrograwitacji, osiągalne na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, są niedostępne w ziemskich laboratoriach. Nawet na pokładach wycofanych już ze służby wahadłowców czas w nieważkości był zbyt krótki dla szerzej zakrojonych badań biomedycznych.
Z tego też względu, Profesor Cheryl Nickerson z Arizona State University, odpowiedzialna za mikrobiologiczne laboratorium na ISS, przedstawiła 18 lutego 2013 roku na corocznym spotkaniu American Association for the Advancement of Science prezentację pod tytułem: "Mikrograwitacja: Nowatorskie narzędzie dla zaawansowanych biomedycznych badań".
a) Zwiększona zjadliwość bakterii
Dlaczego pałeczki salmonelli stają się 3 do 7 razy bardziej zjadliwe w przestrzeni kosmicznej?
Badania przeprowadzone w 2006 i 2008 roku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wskazały podstawowy czynnik takiego stanu rzeczy: mikrograwitację.
Salmonella przenosi się z jedzenia do układu pokarmowego. Pokonując całą drogę do jelita, narażona jest na wiele mechanicznych naprężeń i odkształceń (komórka bakterii jest ściskana i ścinana, zmienia się ciśnienie wewnętrznego płynu). W tym stanie Salmonella nie jest zjadliwa. Dopiero między kosmkami jelitowymi, na błonie śluzowej jelita, mechaniczne oddziaływanie zanika - jest to sygnał dla bakterii, że znalazła się "na miejscu".
Warunki mikrograwitacji doskonale odpowiadają tego typu sytuacji, komórka bakterii nie jest narażona na żadne mechaniczne odkształcenia. Znajduje się w "symulatorze" jelita.
To pozwala na dalsze badania, mające na celu wykrycie mechanizmów genetycznych i białkowych sterujących zjadliwością Salmonelli.
Jedno z białek - nazywane HFQ - wydaje się być odpowiedzialne za sterowanie całym organizmem bakterii w środowisku kosmicznym. Dalsze badania ujawniły, że HFQ zaczyna działać także wśród innych bakterii np.: Pseudomonas aeruginosa. Analiza wykazała, że w warunkach mikrograwitacji zmienia się ekspresja 167 genów oraz 73 białek. Spośród 167 genów, które zostały wyciszone albo wzmocnione, aż 1/3 była pod kontrolą HFQ.
Odkrycie to stanowi ważną wskazówkę co do mechanizmów zakażania przez Salmonellę (wskazuje kierunek badań mających na celu unieszkodliwić bakterię). Jest ona agresywnym patogenem, rocznie jej ofiarą padają 94 miliony ludzi na całym świecie, z czego szacuje się, że 155 tysięcy osób umiera (przede wszystkim dzieci, seniorów i ludzi z obniżoną odpornością).
W ten sposób dostrzegamy, że badania "kosmiczne", wiążą się z realnym i przyziemnym problemem, dotykającym milionów osób. (Z ekonomicznego punktu widzenia, zatrucia wywołane Salmonellą w USA, powodują stratę 2 miliardów dolarów rocznie, ze względu na niewykorzystany czas pracy).
b) Szczepionki z przestrzeni kosmicznej
Na podstawie wcześniejszych badań Salmonelli w przestrzeni kosmicznej dr Roy Curtiss opracował szczepionkę przeciwko pneumokokom płuc, która być może znajdzie zastosowanie także na: wirusowe zapalenie wątroby typu B, gruźlicę, cholerę, dur brzuszny a nawet AIDS.
Nowa forma terapii RASV (recombinant attenuated Salmonella vaccines) wykorzystuje patogen jakim jest Salmonella jako nośnik antygenów przeciwko innej, niebezpiecznej bakterii.
Przyjmowane doustnie RAVS stymulują cały układ odpornościowy człowieka, od poziomu komórkowego po odpowiednie organy uczestniczące w obronie organizmu przed patogenami.
Specjalnie zmodyfikowane genetycznie pałeczki Salmonelli zostały wysłane na Międzynarodową Stację Kosmiczną, na kolejny etap badań skuteczności szczepionki. Ich szkodliwość została "usunięta", a same zyskały antygeny Streptococcus pneumoniae przeciwko zapaleniu płuc. Jak już wiemy z wcześniejszej części tekstu, warunki mikrograwitacji będą symulowały ludzki organizm (warunki panujące w jelitach). Pozwoli to na przekonanie się, jak zachowuje się zmodyfikowana genetycznie Salmonella i czy mimo "pacyfikacji" wciąż nie zagraża zdrowiu potencjalnych pacjentów, także astronautów.
c) Ochrona astronautów
W 1970 roku, w trakcie misji Apollo 13, jeden z astronautów - Fred Haise - zaraził się bakterią Pseudomonas aeruginosa (Pałeczka ropy błękitnej). Patogen ten, dla w pełni sprawnego organizmu jest niegroźny. Niestety, dla człowieka z osłabionym układem odpornościowym stanowi zagrożenie. Zakażeniem mogą zostać objęci np.: pacjenci szpitali, ale także astronauci, których układ odpornościowy jest osłabiony w warunkach mikrograwitacji.
Wszystkie badania prowadzone przez Prof. Nickerson, dr Curtissa i ich współpracowników, oprócz celów czysto "przyziemnych", wiążą się także z załogowymi lotami kosmicznymi. Poznając mechanizmy działania patogenów w specyficznych warunkach mikrograwitacji, można przygotowywać szczepienia oraz zapobiegać chorobom - szczególnie na to narażonych - astronautów.
Nickerson, metodą małych kroków, odkrywa przed światem coraz więcej mechanizmów sterujących zjadliwością bakterii. Nieocenionym laboratorium jest przy tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.
W niedalekiej przyszłości, przy wykorzystaniu kapsuły Dragon, umieszczony zostanie na niej kolejny eksperyment PHOENIX. Tym razem z żywym, zakażonym organizmem - nicieniem.
Źródło informacji (Arizona State University)
Szymon Moliński
