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Bacterias mortales del espacio exterior
Se sabe que los vuelos espaciales tienen efectos profundos en la fisiología humana, debilitando los huesos y músculos de los astronautas y deteriorando su sistema inmunológico. Un nuevo estudio muestra que sus efectos sobre los microorganismos pueden ser igualmente dramáticos: Salmonela cultivado a bordo del transbordador espacial fue muchas veces más mortífero que sus homólogos terrestres. El estudio sugiere que es posible que la NASA y otras agencias espaciales deban preocuparse de que las misiones tripuladas prolongadas aumenten la virulencia de los microorganismos que los astronautas inevitablemente llevan consigo. También ha proporcionado a los microbiólogos conocimientos sobre Salmonela que puede conducir a nuevas terapias para las infecciones en la Tierra.
Vino del espacio exterior: Salmonella typhimurium (arriba) cultivado a bordo del transbordador espacial mostró cambios globales en la expresión génica y la producción de proteínas y fue mucho más letal que cepas idénticas cultivadas en la Tierra.
La astronauta Heide Stefanyshyn-Piper (abajo), sosteniendo uno de los doce contenedores de Salmonella a bordo del transbordador espacial Atlantis en 2006. Al girar la manivela en su mano derecha, Stefanyshyn-Piper hundió compartimentos llenos de bacterias inactivas en compartimentos llenos de medio de crecimiento.
Investigadores liderados por Cheryl Nickerson , profesor asociado del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, descubrió que Salmonela cultivado durante la misión del transbordador espacial STS-115 en 2006 experimentó cambios importantes en la expresión de 167 genes. Cuando se administró a ratones en la Tierra, la bacteria resultó muchas veces más mortal que una cepa equivalente cultivada en el suelo.
El experimento fue el primero en estudiar cambios en la expresión genética de un microorganismo en el espacio. Los científicos de Arizona proporcionaron evidencia de que una Salmonela El gen regula la mayoría de los cambios moleculares que sufrieron las bacterias. Este regulador global, que parece ayudar a las bacterias a responder al estrés volviéndose más virulentas, es un objetivo terapéutico potencial para el futuro. Salmonela tratos.
Las implicaciones para los vuelos espaciales tripulados no son tan claras. No parece que sea algo de lo que la NASA deba preocuparse, al menos no a corto plazo, dice David Robertson , director de la Centro de Medicina y Fisiología Espacial en la Universidad de Vanderbilt. Pero es imposible esterilizar completamente las naves espaciales, en gran parte porque los humanos llevan consigo tantas bacterias: las células bacterianas en nuestro cuerpo superan en gran medida a las nuestras. Cuanto más largos son los viajes, más tenemos que preocuparnos, dice Robertson. Una misión tripulada a Marte, propuesta por el presidente Bush, llevaría unos tres años.
El Salmonela fueron llevados a bordo del transbordador espacial Atlantis en una especie de animación suspendida, sellada dentro de tubos de ensayo compartimentados. Uno de los astronautas activó los cultivos de bacterias empujando un émbolo dentro de una cámara que mezclaba el Salmonela con un medio de crecimiento. Después de 24 horas, se empujó el émbolo a otra cámara. Luego, la mitad de las bacterias se mezclaron con más medio de cultivo para mantenerlas vivas hasta que regresaran a la Tierra; la otra mitad se mezcló con un fijador químico que detuvo su crecimiento y los preservó para que su expresión genética pudiera estudiarse después de que aterrizara el transbordador.
Los investigadores sobre el terreno realizaron el mismo experimento con la misma cepa de Salmonela , cultivado en un entorno que imitaba la temperatura, la humedad y otras condiciones a bordo del transbordador espacial, pero tenía la gravedad de la Tierra. En comparación con estas bacterias, las que crecieron en el espacio mostraron cambios importantes en la actividad de 167 genes y en la producción de 73 proteínas. Las concentraciones más bajas de las bacterias espaciales causaron infecciones letales en ratones, y las bacterias espaciales mataron a más ratones antes que los que crecieron en la Tierra.
Nickerson dice que estos cambios pueden deberse a tensiones mecánicas que la microgravedad impone a las células bacterianas. En microgravedad, las células en un tubo de ensayo o en nuestros cuerpos están en un estado de flotabilidad, flotando suspendidas, dice ella. Esto cambia el flujo de fluidos sobre las superficies de las células y, por lo tanto, el comportamiento de las células.
Parece contradictorio que los investigadores puedan aprender sobre cómo se comportan las bacterias en nuestros cuerpos en la Tierra colocándolas en un entorno tan artificial como un tubo de ensayo en una nave espacial, dice Jeanne Becker , director asociado de la Instituto Nacional de Investigaciones Biomédicas Espaciales , en Houston. Mirándolo desde la perspectiva de las bacterias, dice, quieren poder sobrevivir en un entorno estresante, ya sea por microgravedad, un ataque del sistema inmunológico o la presencia de un antibiótico. La forma en que las bacterias responden a un entorno estresante (al producir más o menos una proteína en particular, por ejemplo) puede orientar a los investigadores hacia vías bioquímicas a las que podrían dirigirse nuevas terapias.
El vuelo espacial también altera la actividad genética de las células humanas. Evolucionamos en un entorno de una gravedad, dice Becker. Hay cambios fundamentales cuando se quita la gravedad. Un estudio mostró que el vuelo espacial provocó cambios en la expresión de más de 1.600 genes en células renales humanas cultivadas en cultivo. Becker dice que se realizarán muchos más estudios sobre los efectos moleculares de las condiciones espaciales en las células, a medida que los investigadores aprovechen la Estación Espacial Internacional.
El grupo de Nickerson pronto publicará artículos sobre los efectos de los vuelos espaciales en una cepa de levadura y en Pseudomonas aeruginosa , la bacteria que causó la única infección grave de un astronauta hasta la fecha, en 1970. Para lograr una reentrada exitosa a la atmósfera después de una explosión a bordo, el Apolo 13 los astronautas se retiraron de la parte principal de su nave a su módulo lunar, donde se enfrentaron a una escasez de oxígeno, energía y agua. En estas condiciones extremas, el astronauta Fred Haise desarrolló una infección de próstata agresiva causada por Pseudomonas y estuvo gravemente enfermo durante algunas semanas después de regresar a casa.
La mayoría de las infecciones de astronautas en el espacio han sido leves (el caso de Haise es la excepción) y ninguna fue causada por Salmonela . Nickerson dice que ella eligió estudiar Salmonela porque experimentos anteriores que simulaban microgravedad y otras condiciones espaciales sugirieron que la virulencia de la bacteria podría aumentar en el espacio. Mientras Salmonela nunca se ha aislado de las naves espaciales, es una razón importante por la que los alimentos destinados a la Estación Espacial Internacional son descalificados, dice.
El hecho de que al menos un error desagradable se vuelva demostrablemente más virulento en los vuelos espaciales introduce un peligro que antes podría haber sido subestimado, dice Kim Prisk , profesor de medicina en el Laboratorio de la NASA en la Universidad de California, San Diego. Hace que uno se pregunte qué tan agresivo debería ser el tratamiento médico de un sujeto infectado en el espacio.
Más importante, dicen Prisk y Becker, es la identificación de los investigadores de Arizona del regulador global de la virulencia que podría conducir a tratamientos para Salmonela Infecciones. Es un buen ejemplo de cómo la investigación orientada a los vuelos espaciales puede conducir a resultados potencialmente importantes y beneficiosos aquí sobre el terreno, dice Prisk.