Почему энтеробактерии, мутирующие на МКС, вызывают тревогу

В конце марта ученые из Индии и США опубликовали очередную статью, посвященную микроорганизмам Enterobacter bugandensis, существование которых на Международной космической станции было обнаружено несколько лет назад. Однако в этот раз к «космическим мутантам» проявлено повышенное внимание. Проанализировали материалы исследований и собрали объяснения — почему.

Нестерильный космос

Сегодня известно, что микроорганизмы на Земле обитают повсюду: в воздухе, в почве, в воде, которую мы пьем, в еде, которую потребляем, и даже внутри нашего организма. Но за пределами нашей планеты их следов, как и других живых существ, пока не обнаружено.

Изначально на орбитальной станции пробовали создать по-космически стерильную среду. Например, сейчас на МКС используются антимикробные поверхности, внедрены особые методы стерилизации помещений и фильтрации воздуха. А сами космонавты находятся перед полетом на двухнедельном карантине.

Однако ни от бактерий, ни от вирусов избавиться так и не удалось, — отмечается в статье 2022 года, написанной учеными из Германии.

Точное количество видов микроорганизмов, составляющих своеобразную экосистему МКС, неизвестно. Нитин Кумар Сингх из Калифорнийского технологического института (США), который входит также и в число авторов вызвавшего ажиотаж последнего исследования, вместе с коллегами в 2018 году описал 318 видов микробов

Среди них были возбудитель гемофильной инфекции Haemophilus influenzae, виновница заражений крови и вспышек менингита в больницах Acinetobacter baumannii, повсеместно встречающаяся и ведущая к тем же болезням Klebsiella pneumoniae, устойчивый к нескольким препаратам болезнетворный грибок Aspergillus lentulus, не говоря уже о широкоизвестных сальмонеллах и стафилококках.

Очень быстрая эволюция

В статье 2018 года Сингх и его коллеги отмечали, что из 318 видов только 46 были «обычными». Дело в том, что одноклеточные бактерии, несмотря на кажущуюся простоту строения, способны очень быстро эволюционировать. Поэтому ученые регулярно находят мутировавшие или вовсе неизвестные науке виды.

Например, в 2021 году было опубликовано сообщение о том, что четыре новые разновидности микробов обнаружены в разных частях МКС. Все они относятся к семейству бактерий, обитающих в почве и пресной воде. Они участвуют в процессе роста растений и могут помочь остановить развитие патогенных микроорганизмов. Как эти организмы оказались на МКС? Очень просто — на станции уже много лет проводят эксперименты, в том числе и выращивают растения, и образцы могли попасть на орбиту «зайцами».

Самый впечатляющий опыт — эксперимент с Deinococcus radiodurans. Они и ранее были известны как они живучие, то есть экстремофильные, бактерии. А в 2020 году были опубликованы данные исследования, проведенного не на борту, а за бортом МКС: микроорганизмы на специальной платформе разместили в условиях открытого космоса, где они провели год.

Хотя до эксперимента Deinococcus radiodurans испытывали, подвергая отдельным искусственно созданным факторам космической среды, уверенности в успехе не было. Но, несмотря на то, что выживаемость бактерий была ниже, чем на Земле, многие смогли перенести год в вакууме и невесомости, под жестким излучением, при экстремальных температурах. Единственное, от чего их защитили — ограничили спектр светового воздействия специальным стеклом, которое блокировало УФ-свет с длинами волн менее 190 нанометров.

Когда эти бактерии сравнили с контрольными, остававшимися на Земле, выяснилось, что побывавшие в космосе микробы покрылись небольшими пузырьками на поверхности, некоторых белков и мРНК стало больше, а также оказался запущен ряд механизмов восстановления.

В другом эксперименте Deinococcus radiodurans провели за бортом МКС три года. Но ученые считают, что этот вид может выжить в космосе и дольше.

Потенциальная опасность

В некоторых случаях «космическая», да и наземная эволюция может быть полезной для человечества, например, пригодиться в сельском хозяйстве. Но нередко она вызывает опасения медиков.

«Присутствие таких микроорганизмов в этой среде [на МКС] представляет серьезный риск для здоровья экипажа, поскольку условно-патогенные микроорганизмы проявляют повышенную вирулентность при выращивании в космосе, а длительный космический полет ослабляет иммунную систему космонавта, делая его/ее более восприимчивым к инфекции», — поясняется в одной из статей.

При этом и лечить заболевания, вызванные мутировавшими бактериями, окажется труднее. И дело не только в ослабленных организмах пациентов, но и в том, что, как оказалось, полет в космос автоматически повышает устойчивость микроорганизмов к антибиотикам.

Еще несколько десятилетий назад выявили, что понадобятся как минимум в 2-4 раза большие дозы лекарств для уничтожения золотистого стафилококка и кишечной палочки, выделенных из организма космонавта, побывавшего на советской станции «Салют-7» (работала в 1882-1991 годах). Подобную ситуацию фиксировали у микробов, взятых после полетов на станцию «Мир» в 1995-1998 годах. И в последние годы — у обитающих на МКС энтеробактерий (причем у некоторых других видов резистентность пока не выявлена).

«Механизм действия этой устойчивости неясен, но это может быть связано с увеличением мутаций в бактериальных генах. Исследование, сравнивающее Staphylococcus epidermidis, выращенные на МКС и на Земле в течение 122 часов, показало в 24 раза более высокую частоту мутаций в гене rpoB при выращивании на МКС, что сделало изоляты устойчивыми к рифампицину», — приводится пример в одной из публикаций, подготовленных американскими учеными.

Enterobacter bugandensis, которая сейчас оказалась в центре внимания, и на Земле входит в число самых антибиотикорезистентных бактерий. Свое название она получила в 2015 году, когда в отделении для новорожденных в Танзании оказалась в упаковке смеси для кормления и стала возбудителем инфекции, которая плохо поддавалась антибиотикам и унесла жизни более чем трети заболевших младенцев.

И вот сейчас, судя по данным 2018 года, появились новые разновидности Enterobacter bugandensis, которые еще более устойчивы к известным препаратам. При этом и риск того, что космические штаммы приведут к заболеванию, высокий. Но и это не все — судя по данным, опубликованным в этом году, Enterobacter bugandensis не только сами приспособились к жизни на МКС, но и, неизвестным пока образом, помогают выживать другим микроорганизмам на станции.

«Эти виды [энтеробактерий] представляют собой важные аспекты здравоохранения для будущих миссий. Тщательная геномная характеристика штаммов, выделенных с МКС, может помочь понять патогенный потенциал и предоставить информацию для будущих миссий. Их анализ в системах in vivo (то есть, в живом организме — прим. Ред.) необходим, чтобы выявить влияние микрогравитации на их патогенность», — отмечалось в статье, посвященной Enterobacter bugandensis, в 2018 году.