Výsledkem byla převratná vědecká práce nedávno publikovaná v prestižním časopise „Microbiome“. Autoři publikace zkoumali adaptační mechanismy bakterií odebraných z ISS. Zjištění naznačují, že mikroorganismy izolované zevnitř ISS se přizpůsobily životu ve vesmíru.

Vesmírné výzvy

Na Mezinárodní vesmírné stanici jsou mikroorganismy neustále testovány na přežití v extrémních podmínkách. S minimálním přístupem k vodě a živinám a ve vzduchotěsných uzavřených prostorách se musí přizpůsobit životu v novém náročném prostředí. Podobně mikrogravitace a hypotonický stres v důsledku snížené koncentrace solí v prostředí a také intenzivní kosmické záření nutí bakterie vyvíjet inovativní strategie přežití.

Klíčové úpravy

Výzkum publikovaný v článku odhalil, že bakterie izolované z ISS prošly významnými změnami v buněčné fyziologii a metabolismu prostřednictvím nových strategií přežití.

Všech pět bakterií izolovaných z ISS má v DNA zakódované informace, které se nenacházejí u jejich pozemských příbuzných. Patří sem geny související se syntézou peptidů, transportem přes buněčné membrány a mechanosenzorickými kanály. Ty poskytují ochranu před narušením buněk v případě hypotonického stresu. Unikátní povrchové proteiny z rodiny oxidoreduktáz, nepřítomné u druhů příbuzných Zemi, byly objeveny v genomech dvou blízce příbuzných druhů rodu Microbacterium. Nově objevené geny a proteiny mohou mít zásadní význam pro přežití bakterií ve vesmíru a zdůrazňují jejich jedinečné adaptace na extrémní podmínky.

Nárůst počtu metaloproteináz, včetně metalopeptidáz, byl zaznamenán také u vesmírných bakteriálních kmenů. Tyto proteiny zvládají oxidační stres, a proto neutralizují volné radikály, které poškozují buněčné struktury bakterií, chrání před škodlivými účinky záření. Mutace v genech těchto metalopeptidáz také odrážejí adaptaci na extrémní podmínky, o čemž svědčí zvýšené množství aminokyselin argininu a methioninu ve složení těchto proteinů. Arginin zajišťuje větší strukturální stabilitu enzymů a zvýšená přítomnost methioninů, které mohou vytvářet sulfidické vazby, podporuje odolnost enzymů vůči volným radikálům generovaným kosmickým zářením.

Slibné směry ve vývoji nových antibiotik

Genomy bakterií nalezené na ISS obsahují geny pro rezistenci na antibiotika a tvorbu biofilmu, stejně jako potenciální nové antimikrobiální sloučeniny. Tento objev může vést k vývoji nových léků, které budou použitelné jak ve vesmírných misích, tak na Zemi. Díky tomuto výzkumu můžeme nejen zlepšit zdraví astronautů v obtížných podmínkách vesmíru, ale také vytvořit inovativní terapie pro lidi, které pomohou bojovat s infekcemi odolnými vůči léčbě a podpoří vývoj nových strategií pro léčbu infekčních onemocnění.

Mikroorganismy ve světě kolem nás

Tento výzkum je rozšířením spolupráce navázané v rámci mezinárodního konsorcia MetaSUB. Výzkum konsorcia se zaměřuje na analýzu mikrobiomů zastavěných prostředí, včetně systémů veřejné dopravy. MetaSUB si klade za cíl porozumět mikrobiální diverzitě v městském prostředí a jejímu dopadu na lidské zdraví, životní prostředí a městskou infrastrukturu. První výsledky charakterizující globální městský mikrobiom byly nedávno publikovány v časopise „Cell“  a výzkum v Krakově, včetně globálního City Sampling Day  kampaň, kterou koordinuje prof. Łabaj . Existují plány na vybudování globálního systému včasného varování proti kmenům odolným vůči lékům a dalším patogenům. A díky výzkumu kmenů objevených na ISS jsme schopni lépe porozumět mechanismům evoluce rezistentních kmenů, což pomůže sestavit prediktivní model.

Pokrok ve vývoji analytických nástrojů

Mezi takové nové objevy patří: ve vesmíru je genomika možná díky pokročilým funkčním anotačním nástrojům založeným na hlubokém strojovém učení, jako je DeepFRI  vyvinuté skupinou Dr. Kostela. DeepFRI, na rozdíl od tradičních nástrojů, jako je PGAP nebo eggNOG, umožňuje přesné určení genových funkcí, které byly dříve klasifikovány jako „hypotetické“. Jen díky DeepFRI a aktualizovaným databázím, jako je AlphaFold, se autorům této publikace podařilo objevit nové geny a proteiny spojené s buněčnou membránou bakterií adaptovaných na extrémní vesmírné podmínky.

Vesmírné simulace v srdci polské univerzity

Nové objevy související s adaptací bakterií na extrémní vesmírné podmínky mohou výrazně ovlivnit budoucí výzkum v nově zřízené laboratoři na AGH University of Science and Technology v Krakově.

Vznikne tam moderní biotop, který umožní simulace vesmírných misí. Součástí bude i laboratorní část určená pro astrobiologický výzkum. Tato specializovaná laboratoř v AGH Space Technology Center bude prvním místem v Polsku, kde budou studenti testovat řešení v podmínkách připomínajících mise na Měsíc a Mars.

Polské firmy sahají po hvězdách

Tato investice je v souladu s pozorovaným dynamickým rozvojem společností z kosmického sektoru v celém Polsku. Nové nápady přinášejí mimo jiné také: absolventi AGH, působící ve studentském výzkumném klubu AGH Space Systems, kteří založili společnost Liftero, která úzce spolupracuje s gigantem jako je SpaceX a zabývá se vývojem systémů vesmírné dopravní infrastruktury. Naopak, nedávno založený prvním autorem diskutované publikace Dr. Łukasz Szydłowski, polská společnost AstroFarms vyvíjí technologie pro pěstování rostlin v simulovaných mimozemských podmínkách. AstroFarms chce navíc vybrat mikroorganismy, které umožní bioprodukci mnoha důležitých látek: léčiv, polymery, biopaliva atd. Tím se mimo jiné stanou budoucí kolonizátoři vesmíru nezávislí na zdrojích Země, zkrátí se dodavatelský řetězec a rozšíří se výzkum na další nebeských těles.

Jsou možné nové perspektivy rozvoje, mimo jiné: díky zvýšenému zapojení Polské vesmírné agentury (POLSA) v rámci Evropské vesmírné agentury (ESA). To umožňuje polským výzkumným skupinám a společnostem účastnit se projektů ESA, jako je mise Heracles (zřízení stálé základny na Měsíci v rámci projektu Gateway). Příští rok první polský astronaut Dr. Sławosz Uznański poletí k ISS.

Prezentované objevy a inovace otevírají novou kapitolu úvah o budoucnosti lidstva mimo Zemi. Poznání tajemství mikrobiální adaptace je klíčem k tomu, aby lidé mohli přežít na Marsu a dalších planetách. Naše schopnost přizpůsobit se a odhalit tajemství přežití v extrémních prostředích nás přibližuje snu o cestování vesmírem a osidlování jiných planet a mění sci-fi ve vědeckou realitu.

zdroj: .uj.edu.pl, autor: Mariusz Kopiejka