Bakterie na ISS się przystosowały

Mechanizmy adaptacyjne bakterii pobranych z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) przebadał zespół krakowskich badaczy we współpracy z zagranicznymi partnerami. Odkrycia wskazują, że mikroorganizmy wyizolowane z wnętrza ISS przystosowały się do życia w przestrzeni kosmicznej.

Badania mikroorganizmów, które razem z astronautami odbyły podróż do ISS, przetrwały, a następnie zadomowiły się na dobre na stacji kosmicznej przeprowadził zespół badaczy z krakowskich jednostek badawczych: Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ oraz Sano - Centrum Medycyny Obliczeniowej w ścisłej współpracy z partnerami z Jet Propulsion Laboratory NASA i Acibadem University w Stambule.

Wyniki zawarto w pracy naukowej opublikowanej niedawno w prestiżowym czasopiśmie Microbiome (https://doi.org/10.1186/s40168-024-01916-8).

Jak poinformowało biuro prasowe Uniwersytetu Jagiellońskiego, autorzy publikacji przebadali mechanizmy adaptacyjne bakterii pobranych z ISS. Odkrycia wskazują, że mikroorganizmy wyizolowane z wnętrza ISS przystosowały się do życia w przestrzeni kosmicznej.

Przedstawione odkrycia i innowacje - twierdzą badacze - otwierają nowy rozdział w rozważaniach o przyszłości ludzkości poza Ziemią. "Poznanie tajników adaptacji mikroorganizmów jest kluczem do tego, jak ludzie mogą przetrwać na Marsie czy innych planetach. Nasza zdolność do adaptacji i odkrywania sekretów przetrwania w ekstremalnych środowiskach zbliża nas do marzenia o kosmicznych podróżach i osadach na innych planetach, przekształcając science fiction w naukową rzeczywistość" - wskazują.

Według autorów badania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mikroorganizmy są poddawane ciągłemu sprawdzianowi przetrwania w ekstremalnych warunkach. Z minimalnym dostępem do wody i składników odżywczych oraz w hermetycznych, ograniczonych przestrzeniach muszą przystosować się do życia w nowym, wymagającym środowisku. Podobnie mikrograwitacja i stres hipotoniczny wobec zmniejszonego stężenia soli w otoczeniu, a także intensywne promieniowanie kosmiczne, zmuszają bakterie do opracowania innowacyjnych strategii przetrwania.

Opublikowane w artykule badania ujawniły, że bakterie wyizolowane z ISS przeszły znaczące zmiany fizjologii komórkowej i metabolizmu poprzez nowatorskie strategie przetrwania.

Wszystkie pięć bakterii wyizolowanych z ISS posiada informacje zakodowane w DNA niewystępujące u ich ziemskich krewnych. Należą do nich geny związane z syntezą peptydów, transportem przez błony komórkowe oraz kanałami mechanosensorycznymi. Te ostatnie zapewniają ochronę przed rozerwaniem komórek w przypadku stresu hipotonicznego. W genomach dwóch blisko spokrewnionych gatunków z rodzaju Microbacterium odkryto unikalne białka powierzchniowe z rodziny oksydoreduktaz, nieobecne u gatunków spokrewnionych na Ziemi. Nowoodkryte geny i białka mogą być kluczowe dla przetrwania bakterii w przestrzeni kosmicznej, podkreślając ich unikalne adaptacje do skrajnych warunków.

W kosmicznych szczepach bakterii zauważono też wzrost liczby metaloproteinaz, w tym metalopeptydaz. Białka te zarządzają stresem oksydacyjnym, a więc neutralizują wolne rodniki, które uszkadzają struktury komórkowe bakterii, chroniąc przed szkodliwymi skutkami promieniowania.

Mutacje w genach tychże metalopeptydaz również odzwierciedlają adaptację do ekstremalnych warunków, o czym świadczy zwiększona w składzie tych białek ilość aminokwasów argininy i metioniny. Arginina zapewnia większą stabilność strukturalną enzymów, a zwiększona obecność metionin, które mogą formować wiązania siarczkowe, sprzyja odporności enzymów na wolne rodniki powstałe przez promieniowanie kosmiczne.

Genomy bakterii znalezionych na ISS zawierają geny oporności na antybiotyki i odpowiedzialne za tworzenie biofilmów, a także potencjalne nowe związki przeciwdrobnoustrojowe.

"To odkrycie może prowadzić do rozwoju nowych leków, które będą miały zastosowanie zarówno w misjach kosmicznych, jak i na Ziemi. Dzięki tym badaniom możemy nie tylko poprawić zdrowie astronautów w trudnych warunkach kosmicznych, ale także stworzyć innowacyjne terapie dla ludzi, które pomogą w walce z opornymi na leczenie infekcjami i wspomogą rozwój nowych strategii leczenia chorób zakaźnych" - wskazali autorzy badań.

Ich zdaniem takie nowe odkrycia m.in. w genomice kosmicznej są możliwe dzięki zaawansowanym narzędziom do adnotacji funkcjonalnych, opartym na głębokim uczeniu maszynowym, takim jak DeepFRI rozwijanym w Sano.

Według naukowców nowe odkrycia związane z adaptacją bakterii do ekstremalnych warunków kosmicznych mogą znacząco wpłynąć na przyszłe badania w nowopowstającym laboratorium w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Powstaje tam nowoczesny habitat, który umożliwi przeprowadzanie symulacji misji kosmicznych. Będzie tam również część laboratoryjna, do prowadzenia badań z zakresu astrobiologii. To wyspecjalizowane laboratorium w Centrum Technologii Kosmicznych będzie pierwszym w Polsce miejscem, gdzie studenci będą testować rozwiązania w warunkach przypominających misje na Księżyc i Marsa.