西北大学科学家的一项新研究发现，无论是在航天飞机上还是在国际空间站(ISS)上的太空飞行，都会对肠道微生物群产生持续的影响研究人员开发了一种新的分析工具，可以比较早在2011年小鼠体内的微生物组数据。该工具被称为“星图”(对一致和可复制的微生物群落丰度模式进行相似性测试)，分析表明，太空飞行会让肠道中细菌的丰度、比例和多样性发生特定的、一致的变化。
也许最令人惊讶的是，研究小组还使用星图将太空飞行数据，与地球上收集有关辐射对肠道影响的研究数据进行了比较。有效地排除了太空辐射是导致太空飞行中微生物群变化的原因。领导这项研究的西北大学科学家Martha Vitaterna表示：
辐射对肠道微生物群肯定有影响，但这些影响与在太空飞行中看到的不一样。这项研究现在发表在《微生物组》(Microbiome)期刊上，Vitaterna是西北大学温伯格艺术与科学学院的神经生物学研究教授
温伯格大学神经生物学研究助理教授彭江（音译）是这篇研究论文的第一作者。尽管发现，宇航员斯科特·凯利在太空生活的一年，影响到了他的肠道微生物群，但这还不足以得出有关太空飞行对人体影响的一般性结论。如果要把人类送上火星或执行到月球的长期任务，就必须了解长期暴露在太空环境中对人体的影响，以及对与宇航员一起旅行的数万亿细菌影响。虽然已经研究了太空生活一年对斯科特·凯利微生物群的影响，但还需要大量的老鼠来证实太空生活的影响。
高效的工具
多年来，美国宇航局一直在研究微重力对小鼠生物过程的影响。比如2014年秋季，将第一组老鼠送到国际空间站，进行为期37天的停留。这个实验(称为“啮齿动物研究-1”)，NASA随后又向国际空间站送去了另外7组老鼠，其中包括西北大学团队的啮齿动物研究-7实验。研究人员从啮齿动物研究-1的样本开始，其中包括航天飞行组加上一个匹配的地面控制组、一个基线组和一个实验组，在相同的旅程中，它们都被安置在一个传统的老鼠设施中。
还研究了美国航天飞机STS 135的老鼠样本，由于数据量巨大，研究人员一直难以处理所有数据，肠道中有数百种不同的细菌，在实验开始时，不同个体可能拥有截然不同的肠道细菌群落，这使得检测何时有一致的响应变得很困难。没有统计方法来做这项工作，这样工具并不存在，所以研究人员发明了新的高效处理工具。知道太空飞行会影响微生物群，所以本可以看看这个轶事，但这有很多限制。需要一个更全面、更高层次的视角。然后得出研究可以说，在多次太空飞行中，微生物群的变化是相当的。
映射的微生物
星图提供了一种新方法，将来自不同实验的所有数据放到同一个多维空间中。然后用户可以更容易地看到不同类型的细菌，在不同条件下变得或多或少丰富的模式。使用这个工具，西北大学的研究人员立即注意到，在太空飞行和地面控制小鼠的微生物群落看起来与其他两组非常不同。地面控制组生活在一个环境模拟器中，该模拟器直接匹配航天飞行的栖息地。
气体成分、温度和饮食完全相同。发现栖息地有很大的影响，尽管研究人员没有使用星图来分析宇航员斯科特·凯利在太空中那一年收集的样本。但确实注意到，数据符合由太空飞行引起的相同、一致的模式。一些高层变动是相似的，发现，同一种主要细菌的比例变化方向相同，总体多样性略有增加，这是一致的。
排除辐射
尽管如此，航天和地面控制小鼠的微生物群还是有很大不同。这证明了它与航天飞行有着截然不同的效果，为了找到可能导致这种结果的原因，研究人员进行了更深入的研究。一种可能性是，在太空中暴露于辐射可能会导致微生物群的转移。科学家发现了许多基于地球关于辐射对小鼠微生物群影响的研究，并用星图进行了分析，发现，太空飞行与辐射引起的微生物群迁移并不匹配。
研究人员认为微重力可能会导致太空飞行效应，但科学家一致认为还需要做更多的研究来证实。目前正在处理啮齿动物研究7号的样本，希望这些数据能提供更多线索。在太空飞行期间，肠道细菌的多样性和比例看起来与压力最为相似。了解能够减少这种微生物群变化因素将是有用的信息，可以抵消地球上压力的影响。了解是什么遗传因素导致了不同菌株之间的差异，这将有助于制定应对措施，在紧张时期保护肠道中的微生物群。
博科园｜研究/来自：西北大学
参考期刊《微生物组》
DOI: 10.1186/s40168-019-0724-4
