太空讓病菌更毒

央視國際 2004年06月09日 10:48

　　2004年初，一批啤酒酵母被貼上DNA“條形碼”標簽，送上國際空間站進行實驗。研究者們在地球上模擬的微重力環境下，發現有些致病微生物的毒性增強了。這意味著，在微重力環境下，航天員的免疫系統更易被病菌感染。

　　人類在太空中的生命活動會發生一些相應的變化，而與人類最親密的朋友或者説是敵人——微生物也不例外。有研究表明，一些微生物在失重條件下的基因表達（活動）模式與正常情況下有些不一樣。比如，有一種常見的致病微生物——沙門氏菌，在微重力條件下培養之後，其毒性大大增強了。

　　航天員的免疫系統面臨更大挑戰

　　這個論斷對於航天員們來説絕對不是一個好消息。如果結論成立的話，當一些致病微生物隨航天員一起來到太空，那麼航天員們的免疫系統將遭受更大的考驗，同時，他們患傳染病的可能也將增加。為了保證航天員們的健康，科學家正在從基因層面上對這些致病微生物進行研究。科學家們想知道，微重力究竟是如何來影響這些微生物的，微生物的基因會發生哪些變化。

　　“無論什麼時候你都會發現，微生物的毒性總是會對周圍環境的刺激做出反應，這將有助於我們研究病原微生物是如何導致疾病發生的。”美國杜蘭大學健康科學研究中心的微生物與免疫學專家切瑞爾尼克森説。

　　微生物對環境的要求是很敏感的，拿人們愛喝的啤酒來説，優質的啤酒無論是在生産或者運輸的過程中，要盡可能地保證啤酒周圍環境的穩定，不然就會影響啤酒的品質。如果一個品牌的啤酒你這個月喝的和上個月喝的口味不一樣，那很可能是啤酒廠的生産環境發生了變化，車間裏用來發酵的微生物代謝的産物悄悄地發生了變化。

　　尼克森和她的同事們希望能通過對這種變化的研究，找出來對付這些品質變“壞”的微生物的辦法，比如説使用藥物或者疫苗。這不管是對生活在太空裏的航天員還是生活在地面的人們，都有好處。利用現代化的生物工藝學技術和國際空間站上的條件，尼克森他們希望能夠揭開微生物在真實的太空微重力條件下基因表達的變化。

　　為什麼選擇啤酒酵母上太空

　　他們的第一項實驗是先把一種單細胞真核微生物——啤酒酵母送上太空，他們的首次實驗被命名為“發酵者”。實驗中，他們用俄羅斯進步號貨運飛船把經基因工程改造過的啤酒酵母送上國際空間站。

　　酵母菌本身並沒有毒性（人們日常生活中吃的麵包、喝的紅酒、啤酒都要用到酵母菌），“但是在這項實驗中，酵母菌可以産生大量的‘樣本組織體’，它們可以被很方便地控制。更為重要的是，科學家們已經繪製出酵母菌的完整的基因圖譜。”項目的主要負責人尼克森説。此外，啤酒酵母的DNA（脫氧核糖核酸，生物體主要的遺傳物質）比起其他一些有傳染性的病原體比如真菌和原生動物來得豐富。“同時，啤酒酵母的基因組又相對簡單，這將有助於我們對實驗結果進行分析。”尼克森説。這些因素也是他們首先選擇啤酒酵母進行研究的主要原因。

　　儘管如此，開展這項研究仍舊有許多困難擺在研究者面前。啤酒酵母的基因組包含了6312個基因，而且每一個基因可産生一種組成細胞分子結構的蛋白質，為確切了解酵母基因，研究者需要將6312種變異的單細胞酵母發送到太空，同時必須為每一種變異單細胞酵母貼上特殊“條形碼”。這種“條形碼”由普通DNA組成，用以區別酵母的不同變異。為了解決這個複雜的問題，也就是意味著研究者將分析、研究這種單細胞酵母的6312條不同的變量信息。

　　“我們將這些不同的酵母放入一個特殊的生長器中混合。”尼克森説，“假設在空間站中某種酵母與其在地球上的基因組成不同，失去了某種特殊基因，那麼，我們就把這種基因稱之為‘X基因’，丟失的‘X基因’就是酵母對微重力環境作用作出的反應。”

　　實驗結果將指導科學家今後的研究，以便他們選定實驗目標，確定由“X基因”産生的蛋白質與在太空中細菌基因行為發生變異的關係，尤其是與致病細菌變異的關係。

　　模擬太空微重力環境

　　為什麼在微重力環境下細胞基因行為會發生變化？目前對於這一問題科學家尚未得出確切的答案，只有一些猜測性假説。例如，或許細胞能感受到其細胞膜在微重力環境下的變形，並對這種變化做出反應。在地球上正常的環境下，細胞會聚集在容器底部並在壓力下變形，但是，在太空微重力環境下，它們會漂浮在容器頂部，並保持圓球狀。也許正是這種不同導致細胞基因表達發生變化。

　　利用位於美國約翰遜航天中心的微重力模擬設備，尼克森和其他科學家正在進行此類實驗。這種微重力模擬設備是一種旋轉生物反應器，反應器裏面裝有液體，可以模擬太空中才存在的微重力環境。由於反應容器不斷旋轉，使液體中的細胞一直處於滾動狀態，因此，能夠避免細胞在容器底部聚集並在壓力下變形。當然，如果這種模擬出的微重力環境與真正的太空環境存在很大區別，模擬環境中的細胞基因行為就不會因受影響而發生變化。

　　不過，目前這種模擬微重力環境的生物反應器運行良好。

　　尼克森過去做過的一個實驗發現，放入這種反應器中的啤酒酵母細胞出現了不少與在太空環境中相同的基因變化。而探究細胞對模擬太空環境的反應器與真實微重力太空環境反應的異同，是他們試圖將啤酒酵母發送到空間站進行實驗的原因之一。如果兩者間存在許多相同之處，那麼，今後科學家對細菌受微重力環境影響的研究將以更廉價、更方便的方式進行。

　　無論此項實驗在空間站進行還是在地球上模擬進行，尼克森等科學家從事的研究都將有助於揭開“太空感染”的基因變異之謎，這將使航天員更健康地在微重力環境中工作。説不定，還能找到一些對付病原菌更好的辦法。

　　（來源：《太空探索》2004年第5期）