天上一日地上十年 “偷渡”到太空的微生物有多強

伴隨載人航天的發展，為解決航天活動中的微生物感染問題，空間微生物學逐漸興起。如何利用太空資源展開微生物研究，服務人類，成為空間微生物學研究的主要內容。盡管不是首個發展載人航天的國家，但我國比較系統地研究了空間生物學，并最先開辟了空間微生物學這一新領域。

許多人好奇，空間微生物是什么？人類如何利用它們？空間微生物學發展至今取得哪些基礎研究成果？在近日舉行的第三屆空間微生物學與感染學術大會暨轉化應用戰略研討會上，空間微生物學開拓者和奠基人、解放軍總醫院主任醫師劉長庭教授表示，空間微生物基礎研究，主要涉及空間微生物發展現狀，空間環境對病原菌毒力、耐藥及代謝的影響，對腐蝕微生物表觀遺傳學改變的作用，以及微生物安全性研究等。

空間環境　 加速微生物變異

微生物作為地球上進化歷史最長、生物量最大、生物多樣性最豐富的生命形式，影響著人類健康乃至地球生態系統穩定，蘊藏著極為豐富的資源。

研究證實，在航天活動中，地球上的微生物不可避免隨人體或設備進入太空。空間環境可以加速微生物變異，所謂“天上一日，地上十年”，原因在于空間環境具有微重力、輻射、高真空、弱磁場以及極度溫差等特點，會加速微生物變異。

中國研究型醫院學會空間微生物學與感染專業委員會秘書長兼青年委員會主任委員、解放軍總醫院第三醫學中心副主任醫師常德在會上介紹，目前空間微生物研究主要包括三種類別，一是病原微生物，包括航天員太空感染防控、地面難治性感染的防治；二是腐蝕微生物，包括空間站設備的防腐研究、新型抗菌材料的研制；三是工業微生物，包括空間微生物制藥產業、空間工業微生物的誘變育種。

目前為止，劉長庭團隊對空間生物醫學的研究已經歷三個階段，第一階段是空間環境對人體呼吸系統的生理學效應及機制，第二階段是空間環境對微生物的作用和機制，包括致病性、耐藥性和腐蝕性。第三階段涵蓋面最廣，也是我國目前所處階段，主要包括航天員健康、航天設備安全、空間微生物制藥、空間微生物工業應用、空間微生物數據、空間微生物搭載、空間微生物學轉化等。

病原微生物　 威脅航天員健康

國際空間站的航天員們曾多次發生呼吸道、皮膚、結膜等多處感染，且在軌時間越長，感染幾率越大。

劉長庭告訴科技日報記者，空間環境條件下，機體免疫力下降，同時病原菌毒力增強，一旦航天員發生感染，治療措施有限，處理難度加大。

高致病性、多重耐藥性病原菌感染在臨床極為常見，易于交叉感染，治療難度大。相關研究揭示，病原菌致病和耐藥機制、探索新靶標，是感染性疾病臨床救治和防控的關鍵。

空間環境加速病原菌變異，為研究病原菌提供了一個獨特的前瞻性研究手段。劉長庭透露：“我們已經獲得了太空環境誘導下性狀發生改變的微生物，有利于保障地面難治性感染的前瞻性研究和防控航天員感染；還獲得了毒力和耐藥性相關的重要基因、蛋白和非編碼RNA序列，為地面難治性感染和航天員感染的防治提供了靶標。”

腐蝕微生物　 縮短航天器壽命

載人航天器密閉環境容易滋生細菌和真菌。“和平”號運行十余年檢測到234種微生物，它們在電路板、儀表盤和宇航服形成生物膜，微生物生長繁殖和代謝會腐蝕這些材料，嚴重威脅空間站長期在軌運行安全，縮短空間站服役時間。

根據微生物產生、傳播和腐蝕作用，結合長期空間環境下微生物腐蝕材料的影響因素、作用機理和抗菌材料性能評價，劉長庭介紹到：“目前已經確定了微生物源控制、艙內環境流動相控制和結構表面固定相控制三個模式，并構建了航天器微生物綜合控制技術總體方案。”

微生物源控制方面，劉長庭團隊已經掌握了抗菌清潔用品、糞便消毒處理、高效水凈化、廢棄物真空密封保存技術。艙內環境流動相控制方面，也已經取得氧氣或二氧化碳分子篩過濾安全調配技術、揮發性有機物光催化分解技術、循環過濾除塵除臭滅菌系統等相關成果。結構表面固定相控制方面，研制了包括納米抗菌絕緣高分子復合材料、金屬表面長效抗菌涂層、艙壁高效洗滌劑。

該團隊研制的某材料已通過多家權威機構的檢測認證，2小時殺菌率達99.9%，且具有除異味、耐腐蝕、高效穩定、使用壽命長等特點，可廣泛應用于航天、航空、航海、家電、汽車、建筑、醫療衛生、食品加工等諸多領域。

工程微生物　 空間育種服務人類

劉長庭團隊系統建立了生物樣品的飛船搭載系統，對我國將來空間搭載和太空生命科學研究具有重大意義。

神舟十號載人飛船搭載的部分乳桿菌經空間誘變后產酸速率加快，苯乳酸和4-羥基苯乳酸產量、總抗氧化能力以及胃腸道逆環境耐受能力都有所提高，基于該菌株已轉化出復合益生菌-太空菌ST20；羅伊氏乳桿菌，其益生菌活菌產量大大提升，成品酸奶凝乳結實、口感細膩柔滑。

益生乳酸菌及其代謝產物好處很多，一方面能夠維持人體微生態平衡，比如抗炎、抗氧化、抑制黑色素生成，另一方面還能產生透明質酸，起到抗氧化、補水、保濕作用。

“利用太空資源服務于人類健康是當前的重要課題。”劉長庭說，未來空間微生物的主要科研方向包括“微生物的空間誘變育種，以及建立包括空間微生物數據平臺、空間微生物制藥平臺、空間微生物工業應用平臺、空間微生物搭載平臺在內的空間微生物轉化應用中心。”

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空間微生物分子效應學說

中國載人航天辦公室1992年成立，1997年，作為首批參加空間生物醫學研究的團隊，劉長庭課題組完成了神舟8、9、10、11號飛船及天宮二號空間實驗室微生物搭載任務，進行眾多開拓性研究后取得許多系統性和原創性成果，創立空間微生物學學科。

劉長庭作為該領域學界領軍人物，2017年應世界著名雜志《環境微生物學》邀請撰寫空間微生物學綜述，在世界上首次提出空間微生物分子效應學說，產生廣泛影響。

空間微生物分子效應學說的基本觀點是，空間環境影響微生物基因性質和分子結構，進而產生表型的改變。在此學說下提出三個理論，即空間微生物毒力突變與人體互利共生理論；空間微生物突變與代謝相關空間制藥理論；空間微生物腐蝕與洗消材料技術理論。并相應提出三個應用方向，即保障航天員與人類健康、感染性疾病治療；藥物、功能性食品及保健性食品等研發；以及延長航天器在軌運行時間等。