太空微生物组变化挑战与应对：宇航员健康风险揭秘

01太空微生物威胁

在探索太空的过程中， 宇航员在太空面临传统健康挑战及微生物组变化导致的新威胁，后者可能引发未知健康问题，如骨密度下降、肌肉萎缩以及某些心理困扰。科学家们最近发现，伴随宇航员进入太空的地球微生物，也可能成为一种新的健康隐患。太空环境与地球截然不同，其高辐射和微重力的特性可能引发宇航员体内微生物组的意想不到的改变，甚至可能导致一系列健康问题。特别是在进行长途太空旅行，例如前往火星等星球时，这些潜在风险可能更加不容忽视。

今年2月，英国诺森比亚大学的环境微生物学教授戴维·皮尔斯发表了一篇论文，深入探讨了“火星之旅对肠道微生物可能产生的影响”。他指出，受影响的微生物组可能引发一系列难以预测的疾病。然而，目前关于这一领域的直接研究仍然非常有限。尽管已有大约600人曾进入太空，但他们的太空旅行通常持续时间较短，例如国际空间站旅行的平均时长仅为6个月。因此，许多研究者，包括皮尔斯在内，都在努力揭示宇航员在太空环境中的微生物组状况，以弄清其是否会如预期般受到干扰并导致失衡。皮尔斯特别强调：“在长时间的火星之旅中，微生态失调（即微生物组受扰失衡）一旦发生，将对宇航员的健康造成损害和机能削弱。”

❒ 微生物组变化研究

南极，这片被称作地球的“第五大陆”，其极端环境竟与太空有着异曲同工之妙。正因如此，有学者提出了一种创新的“平替”方案：若能让人体在地面历经与太空相似的环境，这将为我们研究太空对人体带来的影响提供一种新的途径。基于这一设想，美国克雷格·文特尔研究所的传染病和基因组医学小组展开了一项关于宇航员微生物组的研究项目。该项目的焦点目前集中在南极洲工作站员工的微生物组上。在这些站点，工作人员身处一个黑暗、封闭且与外界接触有限的环境，这恰恰与宇航员在太空中的处境颇为相似。 由于太空环境独特性，研究微生物组变化尤为重要，尤其是长时间任务中健康风险加剧。

❒ 肠道菌群影响

初步研究结果显示，肠道微生物组在这些站点工作人员的体内确实发生了显著变化。目前，团队正聚焦于免疫学数据，并预计在今年年底前公布详细的研究结果。然而，仅仅模拟太空环境还不足以全面揭示太空对人体带来的影响。为了更深入地了解真实太空环境的影响，科学家们还需要进行更为直接的研究。在这方面，2019年的一项重要工作显得尤为突出。科学家们对比了宇航员斯科特·凯利与他双胞胎兄弟马克的微生物组。斯科特曾在2015年前往国际空间站并驻留了将近一年，而这一经历对其微生物组产生了深远的影响。

斯科特·凯利的微生物组变化显示出肠道菌群失衡可能带来健康风险，具体变化影响消化、免疫和骨骼健康。在太空中，斯科特的微生物组经历了显著的变化。具体而言，拟杆菌（Bacteroidetes）的数量出现了减少，而厚壁菌（Firmicutes）的数量则有所增加。拟杆菌的失衡与神经、免疫系统以及代谢方面的问题紧密相关，而厚壁菌则是一种能够分解某些淀粉和纤维的细菌，对人体的消化系统有着重要的影响。

❒ 皮肤和微生物

皮肤微生物在太空减少，可能导致宇航员皮疹和过敏，胃肠道菌群变化也影响整体健康。在太空中，斯科特所面临的微生物组变化不仅局限于某个特定区域，而是全身性的。这种变化不仅影响了他的肠道健康，还对他的皮肤状况产生了不良影响。

2019年，克雷格·文特尔研究所开展了一项研究，对象是9名在国际空间站上驻留了6至12个月的宇航员。研究团队采集了他们皮肤、鼻子、舌头等部位的样本，同时收集了粪便、血液和唾液，以及对空间站和站内水系统各处表面的样本。

在返回地球后，这些样本被用于提取DNA并进行测序，旨在揭示宇航员微生物组随时间变化的规律。结果显示，包括γ-变形菌在内的多种皮肤微生物数量在太空中有所减少。研究团队推测，这可能是导致宇航员在太空中出现皮疹和皮肤过敏现象的原因之一。同时，研究还发现宇航员的胃肠道微生物组也发生了显著变化。特别是阿克曼氏菌和瘤胃球菌这两种对维持消化道黏液完整性和分解碳水化合物至关重要的细菌，它们的数量在太空中显著减少，降至原来的五分之一左右。

02微生物影响研究与挑战

❒ 空间站菌群实验

尽管有研究显示宇航员在太空中的微生物组会发生变化，但并非所有人都认同这一观点。杰克·吉尔伯特教授，作为加州大学圣迭戈分校的儿科学权威和斯克里普斯海洋研究所生物学部主任，对现有研究持保留意见。他认为，由于研究主题有限，目前还无法得出确切结论，并且统计上的严谨性也面临挑战。此外，他对前文提及的凯利双胞胎研究也持怀疑态度。然而，吉尔伯特教授也指出，太空环境中一个更值得担忧的问题是微生物可能逃离人体，从而对太空环境造成潜在威胁。

研究国际空间站中真菌，显示其致病性可能增强，威胁太空环境和宇航员健康。2016年3月，国际空间站的宇航员在餐桌上采集了样本，并在6天后将其带回地球。吉尔伯特团队随后从样本中分离出微生物，并特别挑选出两种尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）进行基因测序。这两种真菌是世界上广泛分布的土传病原菌。通过与62种其他菌株的对比分析，研究人员发现国际空间站样本的遗传特征与陆地样本存在显著差异。更令人惊讶的是，他们还发现某些空间站微生物对线虫的杀伤力更强。

❒ 潜在应对策略

通过饮食调整和益生菌维持宇航员微生物组健康，并在火星任务前进行深入研究。专家普遍认为，目前对于太空中的微生物组研究仍存在诸多未知。例如，太空旅行中的某些疾病是否由微生态失衡所引发，或是受到其推动，又或者是微生物组对疾病的自然反应，这些问题尚无定论。此外，如何有效稳定宇航员的微生物组以预防潜在疾病，也是一个亟待解决的难题。尽管粪便移植等治疗方法在某些情况下可能有效，但由于微生物组的复杂性，其效果并不总是如我们所愿。

面对这些挑战，专家们提出了一些应对策略。摄入高纤维食物，如新鲜水果和蔬菜，可以培养有益微生物，从而支持免疫系统。同时，益生菌和益生菌食品也被证明在这方面具有积极效果。另外，NASA提供的冻干食品虽然不含任何病原体，但保留了正常水平的食物相关微生物，为宇航员提供了必要的营养支持。在太空旅行中，宇航员还可能面临与机会病原体的斗争，如肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌。这些微生物在人体免疫系统正常时通常无害，但在免疫系统受损时可能变得危险。因此，保持免疫系统的健康对于宇航员来说至关重要。

飞往火星的旅程相较于国际空间站的停留时间要长得多，这也意味着宇航员微生物组的变化将面临更大的不确定性。尽管如此，鉴于NASA计划在2030年代末或2040年代初才启动火星任务，科学家们仍有充足的时间来深入研究“微生物组与宇航员健康之间的关联”。在这之前，科学家们可以利用各种手段，包括地面模拟太空的研究、真实太空环境下的实验，以及常规的人类微生物组测试，来全面认知微生物的多样性和特性。

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