太空人的任務當然是危險的. 他們要擔心外星來的奇怪生物, 還得注意自己身上本來被免疫系統控制的細菌會不會趁著在太空的機會起來叛變. 我們知道太空無重力狀態下對人的影響, 卻還没有人研究過無重力狀態對細菌的影響. 為了弄清楚這一點, 研究人員在去年九月讓惡名昭彰的病原菌 Salmonella typhimurium 跟著太空梭 Altlantis 上了太空繞了12天, 希望能弄清楚太空之旅對細菌的意義. 這個研究的結果, 已經被整理成一篇有41位作者的研究論文, 發表在美國國家科學院刊上.
接下來的發現挺讓人驚訝的. 在對老鼠的毒性上, 旅行回來的細菌比待在地面上的控制組細菌要毒三倍. 除此之外, 太空旅行讓這些細菌改變了在167種基因上的表現量 (69種變多, 98種變少). 73種蛋白質的表現量發生改變. 其中一個最有趣的發現是 hfq 的調控機制似乎會受太空旅行的影響. 旅行的經驗除了讓 hfq 表現量下降, 另外有 64 種受 Hfq 調控的基因表現也有改變(佔已知受調控基因的 32%); 和 Hfq 結合的 small regulatory RNA 在表現量上也有變化, 看起來 RNA/Hfq 這個機制應該是會受太空旅行的影響; 另外一群同時受 Hfq 和 RpoE 的表面蛋白們在表現量上也改變. 這樣看起來, 這一些觀察到的變化可能都和 hfq 系統有關.
過去的研究中已發現太空中的無重力/微重力現象造成低流體剪切力的現象, 而細菌表面流體剪切力的變化也被證實會對細菌生理造成影響. 研究團隊接著利用旋轉式培養系統來模擬微重力, 低流體剪切力的環境是否可以造成在太空旅行後觀察到的現象. 針對這個現象的研究事實上已經進了好多年了. 在地面的模擬器上研究人員發現在低重力的狀態下細菌的毒性會增加, 對惡劣環境如環境變酸, 滲透壓或温度變化的抵抗力會上升, 甚至在被免疫巨噬細胞吞進去後的存活能力也增強. 在不少基因上也看到在轉錄或轉譯層次上出現一些改變. 這次作者們比較了失去正常 hfq 基因的突變株在旋轉式培養系統裡的表現和正常野生型菌株有什麼不同, 果然發現野生型細菌在這個模擬的太空環境裡的表現跟太空旅行後的細菌相似, 但是没有正常 hfq 的細菌則没有這樣的反應, 所以看起來這一切都是因為 hfq 的作用造成的.
在基因表現及生理上可以看到變化, 那在形態上的會不會有改變呢? 在電子顯微鏡的觀察下作者看到了細菌細胞的大小和外形大致維持不變. 但是在旅行過的細菌培養標本裡看到部份細菌有形成團狀聚集和分泌細胞外產物的現象. 這種能力上的改變可能幫助這些細菌更容易在老鼠腸道裡聚集或附著, 增強了它們造成感染的能力.
由於 hfq 控制細菌對抗環境壓力和致病能力, 這兩方面的證據配合起來的確告訴我們細菌可能使用適應地球上環境變化的機制來適應上太空的變化. 另外一個作者點出來談的東西是, 既然細菌會對低流體剪切力產生反應, 那對高流體剪切力會有反應嗎? 細菌在寄主體內會感受到不同流體剪切力, 而這種變化是不是會被細菌當做知道自己進入某個環境的訊號(如從腸道到附著上腸壁細胞表面), 進而決定是不是要啟動特定基因的決定因子呢?
看來我們要瞭解這小小的細菌, 還有很多要學的.
Science 網站 (ScienceNOW Daily News) 上 9/24的報導
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2007/924/1
Phil Berardelli. 2007. Space Germs Could Yield Earthly Cures
PNAS上發表的原文
http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/0707155104v1
J. W. Wilson et al. 2007. Space flight alters bacterial gene expression and virulence and reveals a role for global regulator Hfq.
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