Comparative Genomics Reveals a Conserved Mobile Mercury Resistance Operon in Sphingomonas sanguinis Recovered from the International Space Station
这项研究表明，来自国际空间站的血鞘氨醇（*Sphingomonas sanguinis*）分离株携带有一个在陆地对应物种中缺失的保守的、质粒连锁的汞抗性操纵子，这表明该移动遗传元件促进了它们在该封闭太空栖息地中的长期生存。
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在国际空间站内部，一个由回收空气和水组成的闭环系统中，生命正寻找着生存之道。这个人造环境不仅是宇航员的栖息地，也是一个独特的微生物生态系统。尽管空间站通过过滤器和化学处理进行严格清洁，但细菌仍能设法在这些狭窄、无菌的环境中生存、适应并有时蓬勃发展。了解这些微小生物在离开地球进入太空后如何发生变化至关重要。如果它们进化得更加强韧或对航天器的严苛条件产生更强的抵抗力，可能会对机组人员的健康构成威胁，或损坏维持所有人生命的生命维持系统。科学家们长期以来一直怀疑，太空环境就像一个压力锅，迫使细菌开发出新的遗传工具以求生存。但直到现在，使这些微生物能在太空驻留的具体遗传变化在很大程度上仍是一个谜。
一个研究小组致力于通过研究一种名为“血鞘型鞘氨醇单胞菌”（Sphingomonas sanguinis）的特定细菌的遗传蓝图来解开这个谜题。这种细菌是地球上土壤和水中的常见居民，但也曾多次在国际空间站的饮用水系统和表面被发现。科学家们想要了解，这些在太空生活的细菌与其在地球上的近亲相比是否发生了变化。他们收集了数年来从空间站采集的九份该细菌样本，并将其与从地球获取的八份样本进行对比，这些样本包括发现于人类血液、水稻植株和海水中的菌株。通过读取并比较这十七种不同菌株的完整遗传密码，研究人员可以精确地看到太空细菌拥有哪些基因，以及缺失了哪些基因。
对比结果揭示了一个惊人的差异。生活在空间站上的细菌在遗传上非常相似，形成了一个紧密的家族群体，这与地球上发现的多样化细菌混合物截然不同。更令人惊讶的是，太空细菌在遗传上与一种从人类血液中分离出的鞘氨醇单胞菌最为相似，这表明空间站上的细菌很可能起源于宇航员本身。然而，最重要的发现不仅在于这些细菌来自哪里，而在于它们携带了什么。研究人员发现，空间站上的每一株细菌都拥有一套完整的用于汞（一种重金属毒素）解毒的基因。这套被称为“操纵子”的基因在他们分析的陆地菌株中完全缺失。虽然一些地球细菌拥有部分防御系统，但没有一个像太空细菌那样拥有完整且功能齐全的工具包。
这种汞抗性系统是一个复杂的生物盾牌。它包括作为传感器以检测汞的基因、将毒素拉入细胞内的转运蛋白，以及将有毒汞分解为可释放的无害气态形式的酶。太空细菌拥有这套完整的系统，这一事实表明它们已经适应了处理其地球近亲所不面临的化学压力。研究人员追踪了这些基因的位置，发现它们并不属于细菌的主染色体，而是位于一个被称为“质粒”的小型圆形DNA上。质粒就像细菌的“便携式硬盘”；它们可以很容易地在不同细胞之间交换，从而使一个细菌能够快速从另一个细菌那里获得新的生存技能。这一发现有力地表明，太空细菌并非通过长时间的缓慢进化获得了这种抗性，而是通过一种被称为“水平基因转移”的过程一次性获取了整个汞抗性包。
为了理解这种抗性可能来自何处，研究小组观察了其他已知生活在空间站上的细菌，如“雷尔斯通氏菌属”（Ralstonia）和“库普里亚维德斯菌属”（Cupriavidus）。他们发现，虽然这些其他物种也具有汞抗性基因，但其基因排列方式却不同。这种血鞘型鞘氨醇单胞菌中汞抗性基因的具体布局与空间站上发现的任何单一物种都不匹配。这表明研究人员无法确定是哪一个特定的“捐赠者”赋予了细菌这种能力。相反，证据指向了一个复杂的历史过程：细菌从空间站的共享环境中获取了这个移动的抗性模块，可能随着时间的推移来自多种来源。空间站这种封闭、循环的性质——伴随着持续的化学处理和有限的资源——可能创造了一种独特的压力，从而有利于携带这些额外防御机制的细菌。
这种汞抗性系统的存在不仅仅是关于太空细菌的一个奇闻轶事；它凸显了一个关于长期太空旅行的更广泛担忧。这些微生物能够在移动遗传元件上携带并维持如此复杂的抗性工具的能力，意味着它们可以与其它细菌分享这些特征，从而可能创造出一个“超级生存者”群体。研究表明，空间站不仅是一个细菌生存的地方，也是一个它们积极进化并交换遗传工具以应对太空飞行压力的环境。虽然研究人员并未证明这些细菌目前正在造成伤害，但所有太空分离株中存在一种保守的、移动的汞抗性系统这一发现，起到了警示作用。它表明，航天器的闭环环境可以筛选并保留那些可能使微生物更难控制的遗传特征，这是未来前往月球或火星的任务在设计其生命维持系统和微生物监测策略时需要考虑的一个因素。
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