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Science:新研究发现太空飞行影响人体肠道细菌

来源:本站原创 2019-04-15 07:19

2019年4月15日讯/生物谷BIOON/---在美国航天局(NASA)标志性的双胞胎研究(Twins Study)中,美国研究人员发现长时间的太空飞行会影响人体肠道微生物组(gut microbiome)。相关研究结果发表在2019年4月12日的Science期刊上,论文标题为“The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight”。

在国际空间站(ISS)长达一年的时间里,宇航员Scott Kelly在他的肠道微生物组中经历了两种主要细菌类型的比例变化。然而,他的肠道微生物组中的细菌多样性在太空飞行期间没有改变,这一发现令这些研究人员倍感鼓舞。

肠道健康会影响消化、代谢和免疫力;最近,肠道微生物组的变化与骨骼、肌肉和大脑的变化存在关联。

这项研究的发现可能有助于医生和科学家们制定并实施在漫长的太空旅行中---比如在期待已久的火星任务期间---保护宇航员和太空游客的肠道微生物组的方法。这些对策可能包括益生元(prebiotics)、益生菌(probiotics)和后生元(postbiotics)。

领导肠道微生物组研究的美国西北大学研究员Fred W. Turek说道,“我们不能在不知道太空飞行如何影响人体的情况下将人类送到火星,包括与人类一起前往火星的微生物。我们需要尽早知道。计划是在2035年将人类送到火星,因此我们不能等到2033年才能获得这些信息。”

在西北大学开展的这项肠道微生物组研究是发表在2019年4月12日的Science期刊上的一篇综合性论文中的十项研究之一。在这10项研究中,每项研究都探讨了太空飞行如何影响人体的一个方面,包括基因表达、骨密度、免疫系统反应和端粒动力学的变化。

论文共同作者、西北大学的Martha Vitaterna说道,“这篇论文中存在10个研究团队。随着时间的推移,这种多系统综合分析让这项双胞胎研究变得独特和强有力。我们能够观察到人体发生哪些变化。”

对一对双胞胎进行比较

从2015年到2016年,Scott Kelly成为第一位在太空中度过近一整年的美国宇航员。Scott Kelly和他的同卵双胞胎兄弟---一名退役的宇航员--- Mark Kelly参加了由美国宇航局人类研究计划开展的一项前所未有的长达一年的研究。Mark Kelly为地球上的观察结果提供了基线,Scott Kelly在太空中提供了一个类似的测试案例。

Turek和Vitaterna研究了Scott Kelly肠道中的细菌组成随着时间和空间的变化而发生的变化。这对双胞胎在Scott Kelly前往太空前、在太空的一年期间和在返回地球后分别收集了后者的两份、四份和三分粪便样本。

Turek说道,“我们确实对Scott Kelly与Mark Kelly进行比较,这是很有趣的。但是真正比较在于研究Scott Kelly在太空飞行之前、期间和之后的粪便样本。这很可能是我们获得的最有价值的信息。”

肠道健康的重要性

肠道微生物组,通常被称为一种的“新型器官系统”,是一个复杂的生活在消化道中的微生物群落,包括细菌、病毒和真菌。

仅在过去的10年里,科学家们才开始意识到肠道微生物组的健康和多样性如何影响人体的其他部分。改变肠道微生物组可导致骨骼、肌肉和大脑发生改变。

Vitaterna 说,“细菌对身体中的所有其他系统的影响是非常显著的。已有研究表明肠道微生物组的变化与阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症和精神分裂症等神经系统疾病存在关联。通过保护肠道,我们能保护所有这些其他的系统。”

90%以上的肠道细菌属于两大类:厚壁菌(Firmicutes)和拟杆菌(Bacteroidetes)。这两种细菌类型都含有有益菌和有害菌。Scott Kelly的肠道微生物组中的厚壁菌和拟杆菌之间的比例在太空飞行期间经历了明显的变化---厚壁菌的数量增加了,而拟杆菌的数量减少了。这种变化是这些研究人员在Scott Kelly的肠道微生物组中观察到的更大的组成变化之一,他的肠道微生物组在返回到地球后恢复正常。

Vitaterna说,“这种微生物群落的结构重塑引起一些大规模的变化。我们还不能够判断这是好还是坏。”

是什么导致了这种变化?

许多变量可能影响Scott Kelly在太空中的肠道微生物组,包括微重力、辐射增加、昼夜节律变化、睡眠时间减少、空气循环不足、生活在封闭空间中的压力和饮食改变。Turek和Vitaterna关注到Scott Kelly在太空中的饮食---主要包括冷冻干燥的、受过照射的预包装的食品---会降低他的肠道微生物组的多样性。起初,饮食似乎没有这些研究人员担心的那么重要。

这一结果反映了Turek和Vitaterna在过去开展的小鼠研究。虽然Scott Kelly和Mark Kelly在这项为期一年的研究中没有吃同样的食物,但是在之前的研究中,小鼠吃了完全相同的饮食。尽管如此,与地球上的对照小鼠相比,太空小鼠的肠道微生物组经历了变化。

Turek认为微重力最有可能导致这种变化。他说,“我们认为微重力会对肠道细菌产生影响。这就是我们接下来想要确定的。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

F.E. Garrett-Bakelman el al. The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science, 2019, doi:10.1126/science.aau8650.

Markus Löbrich et al. Hazards of human spaceflight. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw7086.
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