Reklama
ZOO OSTRAVA léto 24

foto: The European Space Agency (ESA)

08.10.2024
Šipka

Mikroby w Kosmosie: Polscy badacze odkrywają, jak przetrwać w ekstremalnych warunkach

W obliczu bezkresu kosmosu, gdzie promieniowanie gwiazd takich jak Słońce może być zabójcze, a ciemność niemal absolutna, istnienie życia wydaje się niemożliwe, z wyjątkiem stworzonych przez człowieka ostoi takich jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Nie dziwi fakt, że razem z astronautami podróż do ISS odbyły różne mikroorganizmy, a część z nich przeżyła i zadomowiła się tam na dobre. Właśnie dlatego zespół badaczy z krakowskich jednostek badawczych, Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ oraz Sano – Centrum Medycyny Obliczeniowej, w ścisłej współpracy z partnerami z Jet Propulsion Laboratory NASA i Acibadem University w Stambule, prowadzi badania nad tym, jak mikroorganizmy przystosowują się do tych ekstremalnych warunków.

W rezultacie powstała przełomowa praca naukowa opublikowana niedawno w prestiżowym czasopiśmie "Microbiome". Autorzy publikacji przebadali mechanizmy adaptacyjne bakterii pobranych z ISS. Odkrycia wskazują, że mikroorganizmy wyizolowane z wnętrza ISS przystosowały się do życia w przestrzeni kosmicznej.

Kosmiczne wyzwania

Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mikroorganizmy są poddawane ciągłemu sprawdzianowi przetrwania w ekstremalnych warunkach. Z minimalnym dostępem do wody i składników odżywczych oraz w hermetycznych, ograniczonych przestrzeniach muszą przystosować się do życia w nowym, wymagającym środowisku. Podobnie mikrograwitacja i stres hipotoniczny wobec zmniejszonego stężenia soli w otoczeniu, a także intensywne promieniowanie kosmiczne, zmuszają bakterie do opracowania innowacyjnych strategii przetrwania.

Kluczowe adaptacje

Opublikowane w artykule badania ujawniły, że bakterie wyizolowane z ISS przeszły znaczące zmiany fizjologii komórkowej i metabolizmu poprzez nowatorskie strategie przetrwania.

Wszystkie pięć bakterii wyizolowanych z ISS posiadają informacje zakodowane w DNA niewystępujące u ich ziemskich krewnych. Należą do nich geny związane z syntezą peptydów, transportem przez błony komórkowe oraz kanałami mechanosensorycznymi. Te ostatnie zapewniają ochronę przed rozerwaniem komórek w przypadku stresu hipotonicznego. W genomach dwóch blisko spokrewnionych gatunków z rodzaju Microbacteriumodkryto unikalne białka powierzchniowe z rodziny oksydoreduktaz, nieobecne u gatunków spokrewnionych na Ziemi. Nowoodkryte geny i białka mogą być kluczowe dla przetrwania bakterii w przestrzeni kosmicznej, podkreślając ich unikalne adaptacje do skrajnych warunków.

W kosmicznych szczepach bakterii zauważono też wzrost liczby metaloproteinaz, w tym metalopeptydaz. Białka te zarządzają stresem oksydacyjnym, a więc neutralizują wolne rodniki, które uszkadzają struktury komórkowe bakterii, chroniąc przed szkodliwymi skutkami promieniowania. Mutacje w genach tychże metalopeptydaz również odzwierciedlają adaptację do ekstremalnych warunków, o czym świadczy zwiększona w składzie tych białek ilość aminokwasów argininy i metioniny. Arginina zapewnia większą stabilność strukturalną enzymów, a zwiększona obecność metionin, które mogą formować wiązania siarczkowe, sprzyja odporności enzymów na wolne rodniki powstałe przez promieniowanie kosmiczne.

Obiecujące kierunki w rozwoju nowych antybiotyków

Genomy bakterii znalezionych na ISS zawierają geny oporności na antybiotyki i odpowiedzialne za tworzenie biofilmów, a także potencjalne nowe związki przeciwdrobnoustrojowe. To odkrycie może prowadzić do rozwoju nowych leków, które będą miały zastosowanie zarówno w misjach kosmicznych, jak i na Ziemi. Dzięki tym badaniom możemy nie tylko poprawić zdrowie astronautów w trudnych warunkach kosmicznych, ale także stworzyć innowacyjne terapie dla ludzi, które pomogą w walce z opornymi na leczenie infekcjami i wspomogą rozwój nowych strategii leczenia chorób zakaźnych.

Mikroorganizmy w otaczającym nas świecie

Badania te są rozszerzeniem współprac nawiązanych w ramach międzynarodowego konsorcjum MetaSUB. Konsorcjum w swoich badaniach skupia się na analizie mikrobiomów środowisk zbudowanych, w tym systemów transportu publicznego. Celem MetaSUB jest zrozumienie różnorodności mikrobiologicznej w środowiskach miejskich i jej wpływu na zdrowie człowieka, środowisko i infrastrukturę miejską. Pierwsze wyniki charakteryzujące globalny mikrobiom miejski zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie "Cell" , a badania w Krakowie, w tym akcję global City Sampling Day (gCSD), koordynuje prof. Łabaj (MCB UJ). W planach jest zbudowanie Globalnego Systemu Wczesnego Ostrzegania przez szczepami lekoopornymi i innymi patogenami. I dzięki badaniom nad szczepami odkrytymi na ISS jesteśmy w stanie lepiej zrozumieć mechanizmy ewolucji szczepów opornych co pomoże w zbudowaniu modelu predykcyjnego.

Postęp w rozwoju narzędzi analitycznych

Takie nowe odkrycia m.in. w genomice kosmicznej są możliwe dzięki zaawansowanym narzędziom do adnotacji funkcjonalnych, opartym na głębokim uczeniu maszynowym, takim jak DeepFRI rozwijanym przez grupę dr. Kościółka. DeepFRI, w odróżnieniu od tradycyjnych narzędzi, takich jak PGAP czy eggNOG, pozwala na precyzyjne określenie funkcji genów, które wcześniej były klasyfikowane jako "hipotetyczne". Tylko dzięki DeepFRI i zaktualizowanym bazom danych, takim jak AlphaFold, autorom niniejszej publikacji udało się odkryć nowe geny i białka, związane z błoną komórkową bakterii, przystosowanych do ekstremalnych warunków kosmicznych.

Kosmiczne symulacje w sercu polskiej uczelni  

Nowe odkrycia związane z adaptacją bakterii do ekstremalnych warunków kosmicznych mogą znacząco wpłynąć na przyszłe badania w nowopowstającym laboratorium w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Powstaje tam nowoczesny habitat, który umożliwi przeprowadzanie symulacji misji kosmicznych. Będzie tam również część laboratoryjna przeznaczona do prowadzenia badań z zakresu astrobiologii. To wyspecjalizowane laboratorium w Centrum Technologii Kosmicznych AGH będzie pierwszym w Polsce miejscem, gdzie studenci będą testować rozwiązania w warunkach przypominających misje na Księżyc i Marsa.

Polskie firmy sięgają gwiazd

Inwestycja ta współgra z obserwowanym dynamiczny rozwojem firm z sektora kosmicznego w całej Polsce. Nowych pomysłów dostarczają też mi.in. absolwenci z AGH, działający w studenckim kole naukowym AGH Space Systems, którzy założyli firmę Liftero ściśle współpracującą z takim gigantem jak SpaceX, a zajmującą się opracowywaniem systemów kosmicznej infrastruktury transportowej. Z kolei, założona niedawno przez pierwszego autora omawianej publikacji dr. Łukasza Szydłowskiego, polska firma AstroFarms rozwija technologie uprawy roślin w symulowanych warunkach pozaziemskich. Ponadto, AstroFarms chce dobrać takie mikroorganizmy, które umożliwią bioprodukcję wielu ważnych substancji: farmaceutyków, polimerów, biopaliw itp. Pozwoli to, między innymi, na uniezależnienie przyszłych kolonizatorów kosmosu od zasobów ziemskich, skrócenie łańcucha dostaw i rozszerzenie badań na kolejne ciała niebieskie.

Nowe perspektywy rozwoju są możliwe m.in. dzięki zwiększeniu zaangażowania przez Polską Agencję Kosmiczną (POLSA) w ramach Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Dzięki temu możliwy jest udział polskich grup badawczych i firm w projektach ESA, takich jak np. misja Heracles (założenie stałej bazy na Księżycu w ramach projektu Gateway). W przyszłym roku zaś pierwszy polski astronauta, dr. Sławosz Uznański poleci na ISS.

Przedstawione odkrycia i innowacje otwierają nowy rozdział w rozważaniach o przyszłości ludzkości poza Ziemią. Poznanie tajników adaptacji mikroorganizmów jest kluczem do tego, aby ludzie mogli przetrwać na Marsie czy innych planetach. Nasza zdolność do adaptacji i odkrywania sekretów przetrwania w ekstremalnych środowiskach zbliża nas do marzenia o kosmicznych podróżach i osadach na innych planetach, przekształcając science fiction w naukową rzeczywistość.

ilustracja ogólnych założeń projektu

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

11.06.2025
Katowice

Nowe układy drogowe, inwestycje mieszkaniowe, rozwój infrastruktury edukacyjnej, transportu rowerowego i zielonych przestrzeni – to tylko część działań zrealizowanych w Katowicach w 2024 roku. Według opublikowanego raportu rocznego, miasto przeznaczyło na inwestycje niemal 511 mln zł, z czego ponad 200 mln pochodziło ze środków zewnętrznych.

02.06.2025
Katowice

W Żorach, przy osiedlu Powstańców Śląskich 23, otwarto autonomiczny sklep Piko24, który działa całkowicie bezobsługowo, opierając się na technologii opartej o sztuczną inteligencję stworzoną przez polskich inżynierów. Punkt uruchomiono 1 czerwca, a dostęp do niego możliwy jest przez całą dobę, siedem dni w tygodniu. Sklep nie posiada ani kas tradycyjnych, ani samoobsługowych. Nie ma też sprzedawców. Klienci muszą jedynie zainstalować aplikację, zarejestrować numer telefonu i dodać kartę płatniczą. Następnie skanują kod QR przy wejściu, wybierają produkty z półek i wychodzą – płatność zostaje pobrana automatycznie. System sam wykrywa, co zostało zabrane.

16.05.2025
Katowice

Katowice Airport rozwija ofertę dla klientów biznesowych. Na lotnisku oddano do użytku nowoczesny hangar przeznaczony dla samolotów General Aviation. To największy tego typu obiekt w historii portu – jego konstrukcja pozwala na obsługę odrzutowców i śmigłowców w najwyższym standardzie.

spedycja w międzynarodowym i krajowym transporcie drogowym

znajduje się przy Soláni, w malowniczej okolicy Beskidów ....

jest wyspecjalizowaną firmą budowlaną działającą na terenie całej Republiki Czeskiej oraz krajów UE.

organizacja miejska i organizator życia kulturalnego w miastu

Frekomos

dle firemní klasifikace

Czechy, Kraj morawsko-śląski

Portal i-Region.eu

na podstawie doświadczenia

Czechy, Kraj morawsko-śląski

Portal i-Region.eu

na podstawie doświadczenia

Czechy, Kraj morawsko-śląski