一項(xiàng)由美國宇航局資助，由紐約倫斯勒理工學(xué)院開展的研究工作發(fā)現(xiàn)亞特蘭蒂斯航天飛機(jī)上的一些菌落會(huì)表現(xiàn)出一種從未在地球上被觀察到過的行為。這項(xiàng)研究對(duì)于了解太空飛行環(huán)境下細(xì)菌的行為具有重要意義，從而幫助我們應(yīng)對(duì)未來執(zhí)行長(zhǎng)期太空飛行時(shí)細(xì)菌對(duì)宇航員健康構(gòu)成的潛在挑戰(zhàn)。
 

    倫斯勒理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院助理教授辛西婭·柯林斯（Cynthia Collins）是這項(xiàng)研究的第一作者，她的研究組在 2010 年 5 月 16 日將一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備安置在執(zhí)行 STS-132 飛行任務(wù)的亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)上，后來又于 2011 年 7 月 8 日，在該航天飛機(jī)執(zhí)行 STS-135 任務(wù)期間再次搭載相同實(shí)驗(yàn)載荷。其搭載的細(xì)菌種類主要是綠膿桿菌，這是花費(fèi) 3 天時(shí)間在人工尿液中培養(yǎng)的。在太空中，這種細(xì)菌的菌落--生物膜，形成了一種不同的"莖-蓋"結(jié)構(gòu)，這是在地球上所未見的。另外，在太空環(huán)境下形成的生物膜擁有更多活的細(xì)胞，也因此能夠擁有更大的生物量，整體也可以成長(zhǎng)到比常規(guī)擁有更大的生物膜厚度。

    生物膜是一種復(fù)雜的立體微生物群落，在自然界非常常見，大部分生物膜，包括那些在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的種類，都是無害的。而另一些則與疾病有關(guān)?？铝炙贡硎荆?quot;生物膜在當(dāng)年俄國的和平號(hào)空間站上猖獗一時(shí)，而現(xiàn)在在國際空間站上同樣生長(zhǎng)旺盛，但我們對(duì)于它們?cè)谔窄h(huán)境下如何生長(zhǎng)一直缺乏相應(yīng)的認(rèn)識(shí)。"她說："我們的研究首次提供了有關(guān)太空飛行影響菌落水平上細(xì)菌行為的證據(jù)，并幫助加深有關(guān)在太空飛行中細(xì)菌與人體之間有害或有意互動(dòng)方面的理解。"有關(guān)這項(xiàng)研究的結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于4月29日出版的《PLOS ONE》雜志，題為《太空飛行促進(jìn)綠膿桿菌生物膜生長(zhǎng)》。

    除了對(duì)于宇航員與未來太空探索飛行任務(wù)的重要意義，這項(xiàng)研究還將幫助在地球上更好的預(yù)防和對(duì)抗細(xì)菌感染。考察太空飛行過程中的生物膜形成將提供不同因素，包括重力場(chǎng)，流體以及營(yíng)養(yǎng)情況的差異可能會(huì)對(duì)地球上細(xì)菌生物膜產(chǎn)生何種影響的新信息。另外，柯林斯還指出這項(xiàng)研究未來將有望幫助開發(fā)新的方法，在醫(yī)院等環(huán)境中遏制傳染性疾病的擴(kuò)散。

    馬卡瑞納·帕拉（Macarena Parra）是美國宇航局埃姆斯研究中心的載荷科學(xué)顧問，他說："在飛行器上開展微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)是非常寶貴的。在軌道上的衛(wèi)星，或是搭載于國際空間站上的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將讓科學(xué)家們驗(yàn)證在地面實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果并觀察那些只會(huì)在太空環(huán)境下出現(xiàn)的現(xiàn)象。"

    目前在地球上還無法制造出完全可以替代太空的微重力環(huán)境。盡管科學(xué)家們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中使用各種手段創(chuàng)造出一些微重力環(huán)境，但這些手段都有著各自的局限性。在這些人造微重力環(huán)境下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很多時(shí)候與在真實(shí)微重力環(huán)境下的結(jié)果之間存在差異。

    就這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)來說，研究組一共搭載了12臺(tái)設(shè)備，稱作"組激活組件"（GAPs），其中每一個(gè)內(nèi)部都8小瓶的綠膿桿菌?？茖W(xué)家們選用人工尿液作為培養(yǎng)基，是因?yàn)樗梢詮纳砩夏M生物膜在人體內(nèi)外環(huán)境下的生長(zhǎng)環(huán)境，并考慮了未來長(zhǎng)期太空航行環(huán)境下對(duì)尿液回收等方面的重要意義。

    每個(gè)小瓶中有一片纖維素膜，可以供細(xì)菌的生物膜在上面生長(zhǎng)。在軌道飛行期間，宇航員們打開密封的小瓶，讓細(xì)菌接觸到人工尿液培養(yǎng)基。僅僅在數(shù)分鐘，這些在太空中的細(xì)菌菌落便很快被完成了和在地球上肯尼迪太空中心的對(duì)照組相同的操作。

    在這些樣品被送回地球之后，研究組小心的將生物膜從培養(yǎng)基中分離，并利用各種實(shí)驗(yàn)室手段測(cè)量形成生物膜的厚度，觀察活細(xì)胞的數(shù)量并計(jì)算單位面積上的菌落體積。另外，科學(xué)家們還使用共焦激光掃描顯微鏡獲取這一生物膜高分辨率下的立體結(jié)構(gòu)信息。

    更進(jìn)一步，研究組正計(jì)劃探究這些奇特的生物膜內(nèi)部所發(fā)生的變化。為了更好地了解太空飛行對(duì)綠膿桿菌生理方面的影響，柯林斯與同事們將對(duì)這些細(xì)菌與遺傳表達(dá)相關(guān)的變異和毒性進(jìn)行研究。研究組還將建立數(shù)學(xué)模型，幫助理解太空飛行環(huán)境下不同因素將如何對(duì)生物膜的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響?？铝炙贡硎荆?quot;在微重力環(huán)境下形成的綠膿桿菌生物膜的獨(dú)特外觀和結(jié)構(gòu)說明它們可以自然適應(yīng)不同于地球的環(huán)境條件，這方面的情況值得進(jìn)一步研究，包括其長(zhǎng)期生長(zhǎng)以及對(duì)微重力環(huán)境的適應(yīng)等等。"她說："在我們將宇航員送往太空，或開展其它長(zhǎng)期太空旅行之間，我們必須能夠確保我們已經(jīng)最大程度上排除了生物膜對(duì)宇航員或我們?cè)O(shè)備造成的影響。"