科學家從宇航員體內的微生物學到了很多。
作者 Doug Johnson
翻譯 阿金
編輯 魏瀟
從黑洞到宇宙熱寂，對人類來說太空危險重重。但我們在談論長途太空之旅時，還存在
其他更微小的潛在危害
，一些研究人員表示可能更值得關注：來自地球的微生物。
宇航員在太空和飛行過程中面臨著許多已知的健康問題：骨質流失、肌肉萎縮和心理問題等。而在地球上，研究人員越來越多地瞭解到，生活在人類體內外的各種細菌以及其他微生物——
人類微生物組（human microbiome）
，
也會影響生理和心理健康
。
當然，太空是與地球完全不同的環境，輻射和微重力環境特別具有破壞力。儘管科學還不能確定，這些巨大差異可能引發宇航員微生物組產生意想不到的變化。反過來還可能導致一系列健康問題，在長途太空旅行中可能尤為明顯（例如前往另一個星球的長途飛行）。
儘管如此，即使發生在地球上，微生物組遭破壞後產生的後果也知之甚少，英國諾森比亞大學（Northumbria University）的生物科學學者大衛·皮爾斯（David Pearce）如此說道。2022 年他發表了一篇論文，探索了
飛往火星的太空之旅
可能以何種方式影響腸道中的微生物。這為旅途中可能發生的、難以預測的疾病劃定了一個範圍。
直接研究很有限，
因為目前只有大約 600 人去過太空
。而且他們的太空之旅並不算長久——在國際空間站平均逗留時間約 6 個月。一些研究人員仍不確定存在足夠證據表明人類微生物組會在太空中發生鉅變。
不過，包括皮爾斯在內的許多研究人員，仍試圖搞清楚宇航員是否會陷入微生態失調，即他們體內的微生物組向著不利的方向發生變化。“因為他們要遠離地球很長一段時間，所以微生態失調是否會變成嚴重問題？”他說，“或者影響健康，導致正常功能受損呢？”
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研究人員試圖在
兩個地點
理解太空對微生物組的可能影響：
與太空經歷相似的陸地環境，以及太空本身
。以前者為例，美國克雷格·文特爾研究所（J。 Craig Venter Institute）傳染病和基因組醫學組的宇航員-微生物組學研究團隊首席研究員（PI）諾貝託·岡薩雷斯-朱爾貝（Norberto Gonzalez-Juarbe）正研究在南極康宏站（Concordia）和諾伊邁爾站（Neumayer）工作的科研人員體內的微生物組。他說這些地方一定程度上類似於宇航員在太空中所經歷的環境，尤其是黑暗、封閉以及有限的人際交流。
團隊計劃分析南極站科研人員提供的樣本，觀察其微生物組成在腸道中的變化過程，以及他們的免疫系統如何應對類似於空間站的環境。岡薩雷斯-朱爾貝表示，
早期結果表明腸道微生物發生了變化
，目前團隊正在分析免疫學資料，他希望今年年底能夠發表相關成果。
至於在太空中展開的研究，數量仍然稀少。例如，一項2019 年的研究比較了宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）與其雙胞胎兄弟馬克（Mark）的微生物組，前者於 2015 年在國際空間站生活了近一年。研究發現，
斯科特的微生物組確實在太空中發生了變化
。此外，在飛向太空的旅途中，他的微生物組也出現了短暫的變化：
擬桿菌門
（Bacteroidetes）
細菌減少了
，這種細菌的失調與神經系統、免疫系統和代謝問題相關；而
厚壁菌門
（Firmicutes）
細菌則增加了
，這類細菌有助於分解特定的澱粉和纖維。
2019 年，克雷格·文特爾研究所的另一項研究調查了 9 名在國際空間站停留了 6 至 12 個月的宇航員。他們不僅收集了自己面板、鼻部以及舌部不同部位的樣本，還收集了糞便、血液和唾液樣本，另外還有空間站各處表面及其蓄水池的樣本。
返回地球之後，研究作者提取出樣本中的 DNA 並進行了測序，以檢測宇航員微生物組隨著時間發生的變化。研究發現很多種面板微生物，包括
變形菌門
（Proteobacteria）下的各類細菌，
數量都有所下降
。研究人員推測
這可能導致了宇航員在太空中經歷的皮疹、面板過敏等常見的面板問題
。研究結果還提示了
宇航員的腸道微生物組也發生了變化
，其中兩種在維持腸道黏液完整、降解碳水化合物方面發揮重要作用的阿克曼氏菌（Akkermansia）和瘤胃球菌（Ruminococcus），數量減少到了原來的五分之一。不過宇航員返回地球后，這些腸道菌群大部分都恢復至原來水平。
腸道微生物組變化會影響食物代謝、骨骼健康，甚至認知功能，岡薩雷斯-朱爾貝說道，他本人沒有參與 2019 年的研究。長期太空旅行，例如飛往火星的 18 個月，以及之後的返程，可能會加劇這些問題。“‘人如其食’這句話是對的。”他說，“整個微生物組的變化會影響你整個大腦的健康和認知健康。”
正在對生物樣本進行操作的國際空間站中的宇航員 圖片來源：NASA
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然而，
並非所有人都相信人類微生物組會在太空中變化
。美國加利福尼亞大學聖迭戈分校（UC San Diego）的兒科學教授、斯克利普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）生物部門主任傑克·吉爾伯特（Jack Gilbert）表示，現有研究的主體太少了，無法得出具體結論。“因為進入太空的人太少。”他補充道，“
完成任何具有嚴格統計意義的研究都非常困難
。”
吉爾伯特也對凱利雙胞胎的研究保持懷疑：“我們在地球上比較過許多雙胞胎，研究結果表明，隨著時間推移他們彼此之間也表現出顯著差異。”
更讓人擔心的太空健康問題在於，
微生物可能會逃出人體，變得更加危險
，吉爾伯特說道。2019 年他和團隊展開的研究表明，這可能是真的。2016 年 3 月，國際空間站宇航員採集了
空間站餐桌上的樣本
。6 天之後，樣本被帶回地球。吉爾伯特團隊分離出其中的微生物，挑選出兩株尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum），進行了基因測序。
隨後，團隊將分離出的真菌樣本與 62 個其他菌株做了對比，發現
空間站樣本的基因組不同於地球版本
。團隊還將線蟲同時加入兩組樣本中，
發現來自空間站的一些微生物對線蟲的殺傷力更大
。
吉爾伯特說，
可能是為了應對太空更加嚴苛的環境，這些真菌變得更具致病性
，但他的團隊正展開新研究，確定兩者之間的關係。微生物偏好溫暖、溼潤的環境，例如人的體內環境。所以，它們逃逸出人體，落到寒冷乾燥的表面後，還要面對輻射、缺乏重力等挑戰，要經歷數代才能學會新的生存技巧。“很不幸的是，”他補充道，“
有一些生存技巧與抗生素耐藥性、或者人體毒性增強相關
。”
吉爾伯特指出，許多被選出去太空的宇航員都特別健康，所以他們會因這些失常微生物而生病的機率很小。然而，如果在去往火星的長途飛行過程中，某人因為食物中毒或者身體疲勞而導致免疫系統衰弱，可能會感染上這些“硬核倖存者”。
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現有針對太空中人類微生物組的研究
仍留有大片空白
。例如，歐洲航天局太空環境科學（SciSpacE）專案的團隊領導尼克·布克萊（Nicole Buckley）注意到，很難說太空中的任何健康問題由微生物失衡引起，例如失眠。或者，很難判斷微生物是致病源頭，還是說它們也只是對其做出了反應。
而且，皮爾斯還表示，要是太空中的微生物組真失控到致病的程度，
研究人員還不清楚應該如何重新穩定這些微生物
。例如，糞便移植是一種將健康捐贈者糞便內的有益細菌移植到患者體內的治療方法，能幫助患有某些疾病的人恢復免疫功能。但因為微生物組非常複雜，“並不像吃什麼藥就有什麼效果。”他補充道，“你用到的微生物可能定植成功，然後獲得理想結果，但也可能它無法定植，也無法產生你希望的結果。”
不過，一些研究人員發現，相當簡單的改變可能會對宇航員產生不同效果。岡薩雷斯-朱爾貝說，食用新鮮蔬菜水果以及高纖維食物可以促進微生物生長，在胃中生成短鏈脂肪酸，支援免疫系統。布克萊則表示益生元和益生菌食品也有助於免疫系統。
美國航空航天局先進食品技術專案（NASA’s Advanced Food Technology Project）的格蕾絲·道格拉斯（Grace Douglas）在郵件中寫道，太空中宇航員獲得的凍幹食物確實具有“正常水平的食物相關微生物”，且經過加工之後不含有任何病原體。宇航員還能透過補給獲得少量的新鮮水果和蔬菜。但是，布克萊說，要微生物組保持健康，就要控制攝入加工食物，吃更多的新鮮蔬果和高纖維食物。
歐洲航天局目前正展開一項研究，將人類母乳中發現的一組碳水化合物相關寡糖（oligosaccharides）新增入在南極康宏站生活了一年多的科研人員的飲食中。這些成分被認為對在嬰兒體內創造健康的微生物組非常重要。研究將檢測這種寡糖對康宏站人員微生物組、免疫系統以及情緒的影響。
想要進一步理解太空對人類微生物組的影響，還有其他領域仍待探索。例如，需要更多關於宇航員個體及其微生物平衡的資訊，比如什麼讓他們微生物組保持或喪失穩定，皮爾斯解釋道。
他還補充說，
宇航員可能會遭遇熟悉的機會致病菌
（opportunistic pathogens）。它們通常是良性的微生物，但人體免疫系統衰弱時，或者因為其他因素（諸如在 2% 的人口中發現的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染），這些病原體就會變得很危險。但這一領域還存在“未知的未知”，他說：人類攜帶入太空的微生物可能具有未被發現的致病潛力。
目前，
與在國際空間站相對短時間的逗留相比，飛往火星的旅行更加漫長，人類微生物組會怎樣變化，我們還無從得知
，皮爾斯表示。但考慮到飛往這顆紅色星球的時間——NASA 的計劃定在 2030 年代末或 2040 年代初，科學家還有充分的時間以更好地理解微生物組對宇航員健康的作用。直到那時，皮爾斯說，研究人員應該繼續使用現有的方法，無論是模擬太空的陸地研究，還是太空研究，又或是簡單的測試，旨在更好地理解安全待在地面上的人類微生物組的情況。“獲得問題答案的方法並不單一。”他總結道。
https：//www。theatlantic。com/science/archive/2022/11/space-travel-astronaut-microbiome-health-disease/672014/
