国際宇宙ステーションにダメージを与え、宇宙飛行士を病気にする細菌と戦うにはどうすればよいか

地球から遠く離れたところで生活するには、複数の課題が伴います。最近、NASA と協力している科学者チームが、あまり知られていない事実を明らかにすることでこのことに気づきました。国際宇宙ステーション (ISS) にはバクテリアが存在し、水回収システムを妨害し、パイプを詰まらせていることをご存知ですか?宇宙飛行士の健康を危険にさらし、不可欠な科学機器に損害を与えるため、この問題は簡単ではありません。

さまざまな国際機関のメンバーが居住する軌道研究所は、必ずしも近くにあるわけではありません。標高は約 400 キロメートルで、マドリードとマラガの間の距離と同じくらいの距離です。遠隔地と無重力に加えて、湿気の多い堡塁での菌類の形成など、私たちの惑星の特定の典型的な出来事がそこで再現されます。 「ISSで分析したバイオフィルムの形態に関しては、地球のものと比べて大きな違いは見つかりませんでした」と米国コロラド大学の研究者パメラ・フローレス氏はHipertextualとの対談でコメントしています。

グアテマラ生まれの微生物学の専門家は、国際宇宙ステーションでの細菌の発生と闘う解決策を提案するプロジェクトに参加しています。マサチューセッツ工科大学（MIT）とNASAのエイムズ研究センターの専門家もこの取り組みに参加している。宇宙で実施された最初のテストの後、彼らは有害物質の生成を防ぐ潤滑剤を使用することを提案しています。このような創意工夫は強力なロケットほどの威力を誇るわけではありませんが、将来の月や火星へのミッションでは重要になる可能性があります。

国際宇宙ステーションの細菌: 細菌を根絶する計画は何ですか?

フローレス氏によると、バイオフィルム（これは国際宇宙ステーション上の細菌を指す専門用語）は重大な問題を引き起こしているという。水を回収するために使用されるチューブとフィルターが詰まると、ホースを洗浄のために地球に送らざるを得なくなります。

これらの取り組みには費用がかかります。政府機関への旅行やメンテナンス作業には数百万ドルの投資が必要です。影響を受けるコンポーネントを送り返すのではなく、現場でクリーニングまたは交換してみてはいかがでしょうか。コロラド大学の専門家によると、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士は「専用のスペースも掃除に必要な機械も持っていない」という。さらに、宇宙でこうした活動を行うことは「他の地域に汚染のリスクをもたらす可能性がある」と説明する。

国際宇宙ステーションに細菌が存在するとどのような危険があるのでしょうか?

一方で、材料の劣化や腐食のリスクがあります。これは機器の故障につながる可能性があり、バイオフィルムが成長している場所によってはステーション全体に問題が生じる可能性があります。一方で、宇宙飛行士の健康問題も浮上している。これは存在する真菌によって異なりますが、皮膚感染症、アレルギー、呼吸器感染症を引き起こす可能性があります。それ以外の場合、最大の健康問題は胞子です。国際宇宙ステーションのような閉鎖された環境では、それは本当に危険です。

細菌バイオフィルムに関連した健康リスクの場合、通常は病気を引き起こさない品種もあります。しかし、宇宙飛行士のように免疫システムが低い場合、感染症を引き起こす可能性があり、中には毒性の強いものもあります。

これらの地層は、地球上で起こるものと比較して、宇宙では異なる方法で生成されますか? ISSで行われた実験で彼らは何を発見したのでしょうか?

微小重力環境では、緑膿菌の細菌バイオフィルムは地球上よりも成長しませんでした。これは、サンプルを栄養豊富な培地で培養したためです。私たちの仮説は、細胞（バイオフィルム内ではなく個々の細胞）が培地から栄養素を急速に枯渇させ、それによってバイオフィルムの成長を制限するというものです。

一方で、微小重力はペニシリウム・ルーベンス菌のバイオフィルムに対して異なる影響を及ぼしました。これは、培養時間と増殖する材料によって異なります。ほとんどの場合、地球からのサンプルと宇宙からのサンプルを比較しても、大きな違いはありませんでした。ただし、現時点では、微小重力が宇宙の菌類の増殖に与える影響を一般化することはできません。

国際宇宙ステーションでバクテリアを除去するためにあなたが提案する解決策は何ですか?

潤滑剤を含浸させた表面、LIS（潤滑剤含浸表面の略）を使用します。ステンレス鋼など他の素材と比べて、表面に付着するバイオフィルムの量が減少することがわかりました。細菌の増殖が阻害される作用機序は正確にはわかっていませんが、細菌の付着を阻害すると推定されています。

テストでは、LIS サンプルにはバイオフィルムが存在しない核酸 (DNA および/または RNA) の薄い層があることが観察されました。私たちの仮説は、国際宇宙ステーションの膜がマイナスに帯電しているため、マイナス電荷がバクテリアを寄せ付けないというものです。これが、私たちが阻害メカニズムの 1 つとしてイオン反発を提案する理由です。さらに、これが事実である場合、将来的には、同様の、またはさらに優れた結果が得られる固定化 DNA/RNA または極性表面を備えた表面を使用することを提案します。

一方、キノコの実験では、潤滑剤を使わずに小さな草のような穂を使いました。その場合、ステンレス鋼やカーボンファイバーなどの他の材料と比較して、表面形成も減少します。これは地球上でも、微小重力下の宇宙でも起こります。将来、さらなる研究により、阻害メカニズムを発見することができれば、たとえばそれが表面の電荷によるものであれば、極性化などのより単純でより一般的な方法を使用して真菌の増殖を阻害できる可能性があります。表面。

MITが発行した報告書の中で、彼らは潤滑剤が地球上よりも宇宙でより効率的に作用したという事実により、結果は驚くべきものであったと述べている。それについての説明はありますか？

私たちが検討している仮説の 1 つは、微小重力下では潤滑剤がバイオフィルム上に広がりやすくなる可能性があるということです。おそらくこれが栄養の輸送を妨げているのでしょう。さらに、地球上でも細菌の増殖の抑制や細菌の付着の抑制が観察されました。

学際的な仕事の重要性

バイオフィルムの蓄積を防ぐために表面を核酸でコーティングする方法は、驚くべき結果を示しました。地球上で行われたテストでは、微生物の生成が 74% 減少しました。驚くべきことに、国際宇宙ステーションで採取されたサンプルでは、​​86% というさらに大幅な減少が示されました。

宇宙バイオフィルムプロジェクトを支える大規模チームはコロラド大学のルイス・ゼア博士が率いており、フローレスも参加している。この点に関して、微生物学者は、この場合、ISS 上の細菌の存在に対する解決策を提案するために、学際的な協力の関連性を強調しています。

「このモダリティは非常に重要です。なぜなら、異なる視点により、より完全な実験と分析を設計できるからです。このようにして、より堅牢な仮説を生成することができます。また、サンプルに対して異なる種類の分析を実行できるためです。人は異なるスキルセットで貢献します」と彼は指摘します。 「分子科学者として、実験に使用するハードウェアを設計、製造するには、航空宇宙、機械、電気などのエンジニアの仕事が必要です。」

同グループが提案した潤滑剤やその他の解決策が国際宇宙ステーションに適用されるためには、どのような手順が踏まれるのでしょうか?フローレス氏と彼の同僚は、最初のテストの結果を検証するために、さらに実験を行う必要性を強調しています。 「私たちのアイデアは、将来の商用宇宙ステーションのコンポーネントの製造に使用できる可能性があります」と、彼は明らかに熱意を持って締めくくりました。

この点で、他の機関の中でも特に NASA と欧州宇宙機関 (ESA) によって管理されている現在のステーションが2030 年に耐用年数の終わりを迎えることを覚えておく価値があります。それまでは、無重力状態でのテストに適した領域となります。国際宇宙ステーションで細菌と戦うという提案は、米国政府機関が2025年末に向けて人類を送り込む予定の月面への将来の入植地にとっても鍵となる。