Eine neue Northwestern University Studie entdeckt, dass Raumfahrt-sowohl an Bord eines space shuttle oder der Internationalen Raumstation (ISS) — hat eine einheitliche Wirkung auf den Darm mikrobiom.
Die Northwestern-Forscher entwickelten ein neuartiges Analyse-tool zu vergleichen mikrobiom-Daten von Mäusen, die so weit zurück wie 2011. Genannt STARMAPS (Ähnlichkeit-Test für Übereinstimmende und Reproduzierbare Mikrobiom-Fülle-Muster), das tool zeigt an, dass die Raumfahrt bewirkt, dass eine bestimmte, konsistente ändern über die fülle, der Verhältnisse und der Vielfalt der Bakterien im Darm.
Vielleicht die meisten überraschend, außerdem verwendete das team STARMAPS zu vergleichen Raumfahrt-Daten, erhoben von der Erde-basierte Studien über die Auswirkungen von Strahlung auf den Darm. Sie effektiv ausgeschlossen space-Strahlung als die Ursache von Veränderungen in der microbiome während der Raumfahrt.
“Strahlung hat definitiv eine Wirkung auf den Darm mikrobiom”, sagte der Northwestern ‘ s Martha Vitaterna, wer führte die Studie. “Aber die Effekte sehen nicht aus wie das, was wir sahen in der Raumfahrt.”
Die Studie, veröffentlicht Letzte Woche in der Fachzeitschrift Microbiome. Vitaterna ist ein Forschungs-professor der Neurobiologie an der Northwestern ‘ s Weinberg-College von Künsten und Wissenschaften. Peng Jiang, research assistant professor der Neurobiologie, am Weinberg, war das Papier der erste Autor.
Vitaterna und langjähriger Mitarbeiter Fred W. Turek, ebenfalls von der Northwestern University, führte die mikrobiom-Abschnitt von der NASA Twin Studie, die im Vergleich physiologische Veränderungen bei Astronauten Scott Kelly an seine Erde gebunden, twin-Mark. Obwohl die Turek und Vitaterna gefunden, dass ein Jahr im Raum betroffen astronaut Scott Kelly Darm microbiome, war es nicht genug Daten, Allgemeine Schlussfolgerungen zu ziehen über die Auswirkungen der Raumfahrt auf den menschlichen Körper.
“Wenn wir im Begriff sind zu senden Sie Menschen auf den Mars oder auf langen Missionen auf dem Mond, es ist wichtig zu verstehen, die Auswirkungen der langfristigen Exposition der Raum-Umgebung auf uns-und auf die Billionen von Bakterien, die mit uns unterwegs”, sagte Turek, Charles und Emma Morrison Professor der Neurobiologie im Weinberg, der Mitverfasser des Papiers. “Wir haben zwar untersuchten die Auswirkungen von einem Jahr im Weltraum auf Scott Kelly’ s mikrobiota, wir müssen Mäuse in größerer Zahl zu schaffen, die die Wirkung von Räumen.”
Die Notwendigkeit ergibt-tools
Die NASA hat untersucht die Wirkung der Schwerelosigkeit auf Mäuse biologischen Prozesse seit vielen Jahren. Im Herbst 2014, es hat seine erste Gruppe von Mäusen, um die ISS für einen 37-tägigen Aufenthalt. Da das experiment (sogenannte Rodent Research-1), die NASA hat nachgelieferte sieben weitere Gruppen von Mäusen auf der ISS, einschließlich der Nordwestlichen team Nagetier Forschung-7-experiment.
Vitaterna und Jiang begann mit Proben von Rodent Research-1, die auch die Raumfahrt-Gruppe plus einen passenden Boden, Kontrollgruppe, baseline-Gruppe und eine Labor-Gruppe war untergebracht in einem herkömmlichen Maus-Einrichtung, die für die gleiche Dauer der Reise. Sie sah auch Maus Beispiele aus dem letzten amerikanischen space-shuttle-mission, STS-135, die in gestartet 2011.
Forscher haben gekämpft, um crunch alle Daten, die wegen der schieren Menge. Es gibt Hunderte von verschiedenen bakteriellen Spezies im Darm, und verschiedene Personen können sehr unterschiedlich Darm bakterielle Gemeinschaften zu Beginn ein experiment. Dies macht es schwierig zu erkennen, wenn es eine konsistente Antwort.
“Es gab nicht ein statistischer Ansatz für diese Arbeit,” Vitaterna sagte. “Die Werkzeuge nicht vorhanden, so dass wir Sie erfunden. Es ist ein klassischer Fall, wie die Notwendigkeit die Mutter der Erfindung.”
“Wir wussten, dass die Raumfahrt wirkt sich auf das mikrobiom, so könnten wir dies angeschaut anekdotisch,” Jiang sagte. “Aber es gibt eine Menge von Einschränkungen auf, die. Wir brauchten eine mehr umfassende, high-level-Sicht. Dann könnten wir sagen, dass das mikrobiom-Veränderungen sind vergleichbar, unter mehreren spaceflights.”
Mapping-das mikrobiom
STARMAPS bietet eine neue Methode, um alle Daten aus den verschiedenen Experimenten in der gleichen multi-dimensionalen Raum. Benutzer können dann leichter Muster erkennen, wo verschiedene Arten von Bakterien mehr oder weniger Häufig unter verschiedenen Bedingungen.
Mit diesem tool, die Northwestern-Forscher bemerkte sofort, dass microbiomes in der Raumfahrt und der ground control-Mäuse sah sehr anders als die beiden anderen Gruppen. Die Boden-Gruppe lebt in einem Umfeld simulator, der direkt passt der Raumfahrt Lebensräume. Die gas-Zusammensetzung, Temperatur und Ernährung sind genau die gleichen.
“Wir haben festgestellt, dass der Lebensraum hat einen großen Einfluss,” Vitaterna sagte.
Obwohl die Forscher nicht verwenden STARMAPS zu analysieren Proben, die von astronaut Scott Kelly während seiner Jahre im Raum, Sie habe bemerkt, dass seine Daten zu den gleichen, einheitlichen Muster, verursacht durch die Raumfahrt.
“Einige der high-level-änderungen ähnlich sind, die” Jiang sagte. “Wir sahen die Verhältnisse die gleichen Arten von Bakterien, die änderung in die gleiche Richtung und ein leichter Anstieg der gesamten Vielfalt. Das ist konsistent.”
Ausschluss Strahlung
Aber, noch, der Raumfahrt und der ground control Mäuse microbiomes waren ganz Verschieden voneinander. Dies beweist, dass es ist ein deutlicher Effekt aus der Raumfahrt. Zu finden, was vielleicht Ursache, die Wirkung, die Forscher tiefer gegraben.
Eine Möglichkeit war, dass die Exposition gegenüber Strahlung im Weltraum führen könnte, die das mikrobiom-shift. Jiang fand mehrere Erde-basierte Studien über die Auswirkungen von Strahlung auf die Maus mikrobiom und Analysierte Sie mit den STARMAPS. Sie entdeckten, dass das mikrobiom Verschiebungen durch die Raumfahrt gegenüber Strahlung nicht übereinstimmt.
Vitaterna und Jiang glauben Schwerelosigkeit verursachen könnten, die Raumfahrt-Effekt, aber Sie Stimmen mehr Arbeit getan werden muss. Sie sind derzeit die Bearbeitung von Proben von Nagetier-Forschung-7 und hoffe, das Daten halten wird, mehr Hinweise. Vitaterna sagte, die Vielfalt und die Verhältnisse der Darm-Bakterien, die während der Raumfahrt zu suchen am meisten ähnlich stress.
“Das Verständnis der Faktoren, die zu reduzieren kann diese Art von microbiome ändern würde nützliche Informationen zu haben — zum Ausgleich der Auswirkungen von stress auf die Erde”, sagte Sie. “Verstehen, welche genetischen Faktoren dazu beitragen, Unterschiede in der bakteriellen Stämme nützlich sein wird für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, kann schützen Sie Ihr mikrobiom während stressigen Zeiten.”
