太空居住需要維持一個(gè)完全與地球隔絕的人造環(huán)境。保障宇航員以及對(duì)太空生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要的植物和動(dòng)物的健康，對(duì)于長(zhǎng)期太空居住來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。從地球生活過(guò)渡到外太空生活預(yù)計(jì)會(huì)是一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)，尤其是考慮到人類在太空中的醫(yī)療救治難題。因此，了解太空中的微生物環(huán)境與具有不同生態(tài)系統(tǒng)特征的地球人造環(huán)境之間的關(guān)系至關(guān)重要。
太空飛行環(huán)境會(huì)對(duì)宇航員的免疫功能產(chǎn)生不利影響，并增加微生物的抗藥性、生物膜形成以及微生物的毒性，由于宿主與微生物之間的相互作用，這會(huì)加大宇航員的健康風(fēng)險(xiǎn)。之前的研究顯示，宇航員在太空飛行期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)免疫功能障礙、皮疹和其他炎癥。
近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的 Rob Knight 團(tuán)隊(duì)和 Pieter Dorrestein 團(tuán)隊(duì)合作（Rodolfo Salido、趙皓琪為共同第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：The International Space Station has a unique and extreme microbial and chemical environment driven by use patterns 的研究論文。
這項(xiàng)研究顯示，與地球上的人造環(huán)境相比，國(guó)際空間站（International Space Station，ISS）的微生物多樣性要低得多，而且存在的微生物大多是人類攜帶上去的微生物物種。這項(xiàng)研究表明，宇航員在太空旅行中表現(xiàn)出的健康問(wèn)題可能是由于航天器太過(guò)于干凈無(wú)菌，因此，來(lái)自大自然的更多樣性的微生物的存在或有助于改善空間站的人類健康。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)與宇航員合作，對(duì)國(guó)際空間站中的 803 個(gè)不同表面進(jìn)行了拭子采樣，這一采樣數(shù)量約為之前研究的 100 倍。
樣本送回到地球后，研究團(tuán)隊(duì)確定了每個(gè)樣本中存在的細(xì)菌種類以及相關(guān)代謝物。然后，他們創(chuàng)建了一個(gè)三維地圖，展示了國(guó)際空間站（ISS）美國(guó)軌道段（USOS）內(nèi)細(xì)菌和代謝物的分布圖，以及它們之間可能存在的相互作用。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，總體而言，人類皮膚是國(guó)際空間站內(nèi)微生物的主要來(lái)源。清潔產(chǎn)品和消毒劑中的化學(xué)物質(zhì)在空間站內(nèi)普遍存在。他們還發(fā)現(xiàn)，空間站內(nèi)不同的“艙段”或房間擁有不同的微生物群落和化學(xué)特征，這些差異取決于艙段的用途。例如，用餐和食品準(zhǔn)備區(qū)域含有更多與食物相關(guān)的微生物，而空間站的廁所則含有更多與尿液和糞便相關(guān)的微生物及代謝物。
當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)將國(guó)際空間站與地球上不同的人造環(huán)境進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，國(guó)際空間站上的微生物多樣性低于地球上大多數(shù)樣本，而與工業(yè)化、隔離環(huán)境（例如醫(yī)院、封閉棲息地以及城市化地區(qū)的家庭）的樣本更為相似。
與地球上的大多數(shù)樣本相比，國(guó)際空間站的表面缺乏通常在土壤和水中發(fā)現(xiàn)的自由生活的環(huán)境微生物。研究團(tuán)隊(duì)表示，有意將這些微生物及其生存的基質(zhì)引入國(guó)際空間站，可以在不犧牲衛(wèi)生條件的情況下改善宇航員的健康。
該研究展示了不依賴培養(yǎng)的測(cè)序在微生物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)中的效用，尤其是在測(cè)序地點(diǎn)向太空轉(zhuǎn)移的情況下。在太空建造環(huán)境中化學(xué)和微生物學(xué)方面的研究成果將為長(zhǎng)期維持人類在太空中的健康提供指導(dǎo)，尤其是在更長(zhǎng)時(shí)間的太空任務(wù)中。
研究團(tuán)隊(duì)將他們的建議與廣受研究的園藝對(duì)免疫系統(tǒng)的有益影響相比較。通過(guò)園藝接觸健康的土壤與身處污穢有著很大的區(qū)別。如果我們身處一個(gè)完全封閉的環(huán)境，這一環(huán)境沒(méi)有外界那些有益微生物的持續(xù)輸入，這反而更像身處污穢環(huán)境。
這項(xiàng)研究提示我們，如果我們真的希望生命在地球之外繁榮發(fā)展，就不能只是把“生命之樹(shù)的一個(gè)小枝條”發(fā)射到太空，然后指望它能成功。我們需要開(kāi)始思考，應(yīng)該將哪些有益的伙伴和宇航員一起送去太空，從而幫助建立可持續(xù)且對(duì)所有人都有益的生態(tài)系統(tǒng)。
論文共同第一作者 Rodolfo Salido 表示，這項(xiàng)研究提示我們，未來(lái)的建筑環(huán)境，包括空間站，可能會(huì)受益于有意培育更多樣化的微生物群落，使其更好地模擬地球上自然的微生物暴露情況，而不是依賴高度消毒的空間。
論文共同第一作者趙皓琪表示，我們注意到，國(guó)際空間站表面消毒劑的豐富程度與空間站不同位置的微生物群多樣性高度相關(guān)。
趙皓琪，2016 年本科畢業(yè)于北京大學(xué)，2021 年博士畢業(yè)于華盛頓大學(xué)，現(xiàn)為加州大學(xué)圣地亞哥分校博士后。
研究團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)研究分析，能夠從環(huán)境代謝物中檢測(cè)潛在的致病微生物和人類健康的信號(hào)。這些方法還可以幫助改善在地球上類似無(wú)菌環(huán)境中生活和工作的人的健康。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00108-4
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