一項由美國宇航局資助，由紐約倫斯勒理工學院開展的研究工作發(fā)現(xiàn)亞特蘭蒂斯航天飛機上的一些菌落會表現(xiàn)出一種從未在地球上被觀察到過的行為。這項研究對于了解太空飛行環(huán)境下細菌的行為具有重要意義，從而幫助我們應對未來執(zhí)行長期太空飛行時細菌對宇航員健康構成的潛在挑戰(zhàn)。
 

    倫斯勒理工學院化學與生物工程學院助理教授辛西婭·柯林斯（Cynthia Collins）是這項研究的第一作者，她的研究組在 2010 年 5 月 16 日將一臺實驗設備安置在執(zhí)行 STS-132 飛行任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機上，后來又于 2011 年 7 月 8 日，在該航天飛機執(zhí)行 STS-135 任務期間再次搭載相同實驗載荷。其搭載的細菌種類主要是綠膿桿菌，這是花費 3 天時間在人工尿液中培養(yǎng)的。在太空中，這種細菌的菌落--生物膜，形成了一種不同的"莖-蓋"結構，這是在地球上所未見的。另外，在太空環(huán)境下形成的生物膜擁有更多活的細胞，也因此能夠擁有更大的生物量，整體也可以成長到比常規(guī)擁有更大的生物膜厚度。

    生物膜是一種復雜的立體微生物群落，在自然界非常常見，大部分生物膜，包括那些在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的種類，都是無害的。而另一些則與疾病有關。柯林斯表示："生物膜在當年俄國的和平號空間站上猖獗一時，而現(xiàn)在在國際空間站上同樣生長旺盛，但我們對于它們在太空環(huán)境下如何生長一直缺乏相應的認識。"她說："我們的研究首次提供了有關太空飛行影響菌落水平上細菌行為的證據(jù)，并幫助加深有關在太空飛行中細菌與人體之間有害或有意互動方面的理解。"有關這項研究的結果已經(jīng)發(fā)表于4月29日出版的《PLOS ONE》雜志，題為《太空飛行促進綠膿桿菌生物膜生長》。

    除了對于宇航員與未來太空探索飛行任務的重要意義，這項研究還將幫助在地球上更好的預防和對抗細菌感染?？疾焯诊w行過程中的生物膜形成將提供不同因素，包括重力場，流體以及營養(yǎng)情況的差異可能會對地球上細菌生物膜產(chǎn)生何種影響的新信息。另外，柯林斯還指出這項研究未來將有望幫助開發(fā)新的方法，在醫(yī)院等環(huán)境中遏制傳染性疾病的擴散。

    馬卡瑞納·帕拉（Macarena Parra）是美國宇航局埃姆斯研究中心的載荷科學顧問，他說："在飛行器上開展微生物學實驗的機會是非常寶貴的。在軌道上的衛(wèi)星，或是搭載于國際空間站上的實驗設備，將讓科學家們驗證在地面實驗中得到的結果并觀察那些只會在太空環(huán)境下出現(xiàn)的現(xiàn)象。"

    目前在地球上還無法制造出完全可以替代太空的微重力環(huán)境。盡管科學家們已經(jīng)在實驗室中使用各種手段創(chuàng)造出一些微重力環(huán)境，但這些手段都有著各自的局限性。在這些人造微重力環(huán)境下得到的實驗結果很多時候與在真實微重力環(huán)境下的結果之間存在差異。

    就這項實驗來說，研究組一共搭載了12臺設備，稱作"組激活組件"（GAPs），其中每一個內(nèi)部都8小瓶的綠膿桿菌?？茖W家們選用人工尿液作為培養(yǎng)基，是因為它可以從生理上模擬生物膜在人體內(nèi)外環(huán)境下的生長環(huán)境，并考慮了未來長期太空航行環(huán)境下對尿液回收等方面的重要意義。

    每個小瓶中有一片纖維素膜，可以供細菌的生物膜在上面生長。在軌道飛行期間，宇航員們打開密封的小瓶，讓細菌接觸到人工尿液培養(yǎng)基。僅僅在數(shù)分鐘，這些在太空中的細菌菌落便很快被完成了和在地球上肯尼迪太空中心的對照組相同的操作。

    在這些樣品被送回地球之后，研究組小心的將生物膜從培養(yǎng)基中分離，并利用各種實驗室手段測量形成生物膜的厚度，觀察活細胞的數(shù)量并計算單位面積上的菌落體積。另外，科學家們還使用共焦激光掃描顯微鏡獲取這一生物膜高分辨率下的立體結構信息。

    更進一步，研究組正計劃探究這些奇特的生物膜內(nèi)部所發(fā)生的變化。為了更好地了解太空飛行對綠膿桿菌生理方面的影響，柯林斯與同事們將對這些細菌與遺傳表達相關的變異和毒性進行研究。研究組還將建立數(shù)學模型，幫助理解太空飛行環(huán)境下不同因素將如何對生物膜的生長產(chǎn)生影響。柯林斯表示："在微重力環(huán)境下形成的綠膿桿菌生物膜的獨特外觀和結構說明它們可以自然適應不同于地球的環(huán)境條件，這方面的情況值得進一步研究，包括其長期生長以及對微重力環(huán)境的適應等等。"她說："在我們將宇航員送往太空，或開展其它長期太空旅行之間，我們必須能夠確保我們已經(jīng)最大程度上排除了生物膜對宇航員或我們設備造成的影響。"