Spaceflight alters the transcriptional landscape of key metabolic pathways in enteric bacteria and suppresses multiple virulence programs of Salmonella enterica
本研究表明，太空飞行在三种肠道细菌中诱发了保守的祖先应激反应，同时独特地触发了肠道沙门氏菌（*Salmonella enterica*）毒力与宿主定殖程序的协调性关闭，使其在太空环境中优先考虑生存而非感染。
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行星之间的空间并非仅仅是空虚的；它是一个地球生命基本规则被重写的地方。对于细菌——这些栖息在地球每个角落的微小单细胞生物而言，航天器的环境是一种深刻的冲击。在地球上，重力将液体向下牵引，产生电流，不断为细胞周围的空气和营养物质提供新鲜补给。而在轨道的失重状态下，这些电流消失了。围绕着细菌的液体变得静止，形成了一个安静、停滞的气泡，其中的营养物质难以到达细胞，而代谢废物则不断堆积。这种物理世界的变化迫使其中的微观生命重新思考如何生存。了解这些生物如何适应，对于人类的太空探索至关重要。随着宇航员为前往月球和火星的长途旅行做准备，他们必须知道随身携带的细菌是会保持无害，还是会在太空环境中变成更危险的威胁。
一支研究团队最近通过将三种不同类型的细菌送往国际空间站，直接观察了这一问题。他们选择的生物代表了不同的进化阶段：大肠杆菌（Escherichia coli），一种常见的肠道细菌；沙门氏菌属中的一个早期分支——博格氏沙门氏菌（Salmonella bongori），它极少感染人类；以及沙门氏菌（Salmonella Typhimurium），一种已知会导致人类严重疾病的病原体。科学家们在空间站和地球上的相同容器中培养这些细菌，从而能够精确比较太空环境如何改变了细菌的内部指令。通过读取细胞的遗传活动，研究人员绘制出了每种物种如何响应轨道独特条件的图谱。
结果揭示了一个关于共同生存本能与截然不同的进化策略的故事。当细菌处于太空时，所有三种物种都表现出遗传活动的剧烈转变，这表明太空环境是一个显著的压力源。贯穿这三种细菌的一个共同点是决定放慢能量生产的速度。细菌降低了它们主要“发电厂”的活性，即那些通常将食物转化为能量的系统。它们还增加了一种特定应激蛋白的产量，这种蛋白充当分子伴侣，帮助其他蛋白质在恶劣条件下不发生聚集。这表明，在太空中围绕细胞的停滞且营养贫乏的气泡，迫使它们进入了一种保守模式，将基本的生存置于快速生长之上。
然而，细菌在处理这种压力的方式上出现了显著分歧。大肠杆菌和沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）的表现就像是在缺乏氨基酸（蛋白质的构建模块）一样。它们开启了基因，以从环境中搜寻这些营养物质并自行制造。相比之下，博格氏沙门氏菌采取了另一条路径，彻底改变了它的饮食。它停止摄取通常偏好的常见糖类，转而消费更复杂的替代糖。它还增厚了外壳并建立了保护层，本质上是在强化其针对恶劣条件的防御。
最令人惊讶的发现涉及到对人类最具危险性的病原体——沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）。在之前的研究中，一些科学家曾担心太空飞行可能会让细菌变得更具攻击性。然而，这项新研究却发现了相反的情况。太空环境导致沙门氏菌系统性地关闭了其整个感染工具箱。细菌关闭了负责构建用于入侵人体细胞的“分子注射器”的基因。它们还使特定的代谢途径失活，这些途径通常用于在人类肠道内与其他细菌竞争，以及感知何时接近宿主。细菌不仅仅是暂停，它们是主动拆除了进行疾病传播所需的机械装置。
这一发现表明，太空环境向细菌发出了信号，表明它们不在宿主体内。重力的缺失以及空间站特有的化学条件似乎告诉细菌，投入能量进行感染是一种浪费。与其变得更具毒力，不如说这些细菌似乎识别出了非宿主环境，并关闭了进攻能力，以专注于承受太空带来的压力。虽然这项研究表明，这些特定的细菌在轨道上可能变得不太危险，但研究人员指出，这只是它们在特定生长阶段行为的一个快照。如果它们回到地球或接触到人体组织，行为可能会再次发生变化。尽管如此，这项工作为生命如何适应真空提供了一份清晰、详尽的地图，展示了即使是最小的生物也拥有精密的感知环境并调整自身行为的能力。
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