为什么细菌在空间中“变形”

在国际空间站(ISS)近乎失重的情况下用常见抗生素治疗的细菌细胞以一些可能帮助它们存活的聪明形状变化作出反应，这些结果对宇航员和地球上的人都有影响。

来自CU Boulder的BioServe Space Technologies的研究人员设计了一项实验，在ISS上培养常见的大肠杆菌，并用几种不同浓度的抗生素庆大霉素硫酸盐(一种在地球上杀死它们的药物)对其进行治疗。主要研究作者，BioServe研究员Luis Zea表示，与地球对照组相比，培养细菌的反应包括细胞数量增加13倍，细胞体积减少73%。

“我们知道细菌在太空中的表现不同，需要更高浓度的抗生素来杀死它们，”Zea说。“最新消息是，我们对实验过程中细菌物理外观的变化进行了系统分析。”

关于这一主题的论文发表在微生物学前沿。CU Boulder的共同作者包括BioServe主任Louis Stodieck，航空航天工程科学教授David Klaus和前研究生Frederico Estante。

Zea表示，由于浮力和沉淀等空间没有重力驱动力，因此ISS细菌摄取营养物质或药物的唯一途径就是通过自然扩散。空间中细菌细胞表面的大量减少也降低了分子 - 细胞相互作用的速率，这可能对更有效地治疗宇宙中具有细菌感染的宇航员有影响。

Zea说，这项新的研究还表明，细菌细胞的包膜 - 基本上是细胞壁和外膜 - 变得更厚，可能更能保护细菌免受抗生素的侵害。Zea说，在太空中生长的大肠杆菌细菌也倾向于形成团块，可能是一种防御性的机制，可能涉及保护内部细胞免受抗生素影响的外层细胞壳。

Zea说，此外，一些大肠杆菌细胞也产生了外膜囊泡 - 在细胞壁外形成的小胶囊，充当细胞相互通讯的信使。当具有这种囊泡的细胞达到临界质量时，它们可以同步以启动感染过程。

Zea说：“细胞包膜厚度的增加和外膜囊泡的增加都可能表明航天飞行样本中的药物抗性机制被激活。”“而这个实验和其他类似实验让我们有机会更好地了解细菌如何在地球上对抗生素产生抗药性。”

BioServe实验于2014年在商业轨道科学天鹅座宇宙飞船上发射到国际空间站。宇航员在两天的时间内使用BioServe制造的硬件(包括高科技孵化器和试管)手动启动并结束了在ISS上的实验。几个月后，该实验被送回地球进行商业SpaceX Dragon太空船的分析。

“空间的低重力为开发新技术，产品和工艺提供了独特的试验平台，不仅可以使宇航员受益，还可以使地球上的人受益，”Ann和HJ Smead航空航天工程科学研究教授Stodieck说。“例如，在太空中，科学家可以更多地了解地球上的重力可能掩盖的各种细胞和生物的生化变化。”

大肠杆菌细菌细胞的聚集可能与生物膜形成有关 - 多细胞群落由自生基质结合在一起。地球上的生物膜的例子包括乙烯基浴帘上的浮渣，牙菌斑，甚至可以在诸如导管的医疗设备中粘附到硅上的细菌集合。Zea说，生物膜也可以形成在太空飞行器的各个表面上，使它们对太空旅行者构成潜在的健康威胁。