To βακτήριο που μπορεί να «προσποιηθεί ότι είναι νεκρό»
Το βακτήριο, Tersicoccus phoenicis, ονομάστηκε έτσι ώστε να αναφέρεται στην ανακάλυψή του σε καθαρούς χώρους («Tersi», στα λατινικά για καθαρό), στο σχήμα των κυττάρων του («Coccus», που σημαίνει κόκκος στα ελληνικά) και στο διαστημόπλοιο Phoenix Mars στο οποίο εργάστηκαν οι μηχανικοί στο δωμάτιο του Διαστημικού Κέντρου Κένεντι όπου εμφανίστηκε αρχικά. Στην παραπάνω εικόνα, κάθε ένα από τα βακτηριακά κύτταρα έχει διάμετρο περίπου ένα μικρόμετρο ή μικρόν (περίπου 0,00004 ίντσες). NASA/JPL-CALTECH.
Η NASA ανακάλυψε ένα βακτήριο που μπορεί να «προσποιηθεί ότι είναι νεκρό» - και ίσως το έστειλε κατά λάθος στον Άρη.
Το 2013, η NASA ανακάλυψε ένα βακτήριο που απέφευγε τις πιο αυστηρές απολυμάνσεις της. Οι επιστήμονες μόλις ανακάλυψαν πώς το κάνει.
Για να κατασκευάσετε ένα διαστημόπλοιο, χρειάζεστε μια εξαιρετικά καθαρή ζώνη κατασκευής. Αυτό είναι απαραίτητο αν στέλνετε ένα ρομπότ σε έναν άλλο κόσμο για να αναζητήσει σημάδια μικροσκοπικής εξωγήινης ζωής. Δεν θα ήθελε κανείς να μπερδέψει έναν λαθρεπιβάτη με την πρώτη ένδειξη εξωγήινων. Είναι επίσης ζωτικής σημασίας αν θέλετε να προστατεύσετε τους ανθρώπους από δυνητικά επικίνδυνα μικρόβια σε μακροπρόθεσμα ταξίδια στο διάστημα - μέχρι τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, τη Σελήνη ή τον Άρη.
Γι' αυτό το λόγο τα διαστημόπλοια κατασκευάζονται συχνά σε καθαρούς χώρους, που αποτελούν μερικά από τα πιο αποστειρωμένα περιβάλλοντα στη Γη. Αλλά πριν από μια δεκαετία, οι επιστήμονες σοκαρίστηκαν όταν ανακάλυψαν ότι ένας ολοκαίνουργιος τύπος βακτηρίου είχε εισβάλει όχι μόνο σε έναν καθαρό χώρο του διαστημικού σκάφους, αλλά σε δύο - χιλιάδες μίλια μακριά.
Αυτό το βακτήριο, το Tersicoccus phoenicis , αποδείχθηκε ακίνδυνο. Αλλά αποτελούσε αιτία ανησυχίας: Ήταν σαφώς παρόν για κάποιο χρονικό διάστημα πριν από την ανακάλυψή του, και όμως κατάφερε με κάποιο τρόπο να αποφύγει την ανίχνευση και να αποφύγει τα αυστηρά πρωτόκολλα αποστείρωσης. Πώς έγινε η ανώνυμη έρευνα;
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Microbiology Spectrum, οι επιστήμονες έχουν πλέον ανακαλύψει το μυστικό αυτού του ύπουλου βακτηρίου : το T. phoenicis μπορεί να εισέλθει σε κατάσταση βαθιάς χειμερίας νάρκης - μια κατάσταση που εμποδίζει τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν την παρουσία του. «Δεν είναι νεκρό. Έπαιζε τον νεκρό», λέει ο Madhan Tirumalai , μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Χιούστον και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. «Είναι απλώς αδρανές».
Από την ανακάλυψη του T. phoenicis , περισσότερα μυστηριώδη μικρόβια έχουν εμφανιστεί σε καθαρά δωμάτια της διαστημικής υπηρεσίας, ενώ άλλα που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί θα μπορούσαν να κρύβονται εκεί. «Πολλά από αυτά θα μπορούσαν να είναι προβληματικά», λέει ο William Widger , βιολόγος και βιοχημικός στο Πανεπιστήμιο του Χιούστον και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Εξτρεμιστές των καθαρών δωματίων
Πολλά διαστημόπλοια δεν χρειάζεται να είναι απόλυτα καθαρά. Για παράδειγμα, ένα διαστημικό τηλεσκόπιο σχεδιασμένο για να μελετά μακρινούς πλανήτες ή να αναζητά αστεροειδείς κοντά στη Γη κατασκευάζεται από μηχανικούς που φορούν «στολές» που παγιδεύουν τη σκόνη και καλύπτουν τα πάντα. Αλλά ένας άτακτος κόκκος σκόνης ή διάσπαρτα βακτήρια δεν θα εκτροχιάσουν αυτές τις αποστολές.
Αλλά αν φτιάχνετε ένα ρόβερ που ελπίζει να αναζητήσει εξωγήινα μικρόβια, δεν θέλετε τα ίδια τα μικρόβια της Γης να κάνουν το ίδιο . Οι αστροναύτες που κατευθύνονται στο διάστημα θέλουν επίσης να αποφύγουν την επαφή με βακτήρια, μύκητες και ιούς που προκαλούν ασθένειες. Ως εκ τούτου, ορισμένα δωμάτια είναι, λοιπόν, εξαιρετικά καθαρά .
Τα φίλτρα αέρα μειώνουν συνεχώς τη βρωμιά και τη σκόνη, ενώ οι ελαφρώς υψηλότερες πιέσεις αέρα στα εργαστήρια διασφαλίζουν ότι ο αέρας ρέει πάντα προς τα έξω και όχι προς τα μέσα. Βιοκτόνα υγρά, υπεριώδη φώτα, ραδιενεργές δέσμες και αέρια που σκοτώνουν μικρόβια χρησιμοποιούνται για να διατηρούνται οι επιφάνειες αποστειρωμένες. Παρατεταμένες περίοδοι ξηρής θέρμανσης ακριβώς πάνω από το σημείο βρασμού του νερού απομακρύνουν τα γεμάτα θρεπτικά συστατικά υδαρή μικροπεριβάλλοντα.
Παρά τις προσπάθειες αυτές, ακόμη και όταν δεν υπάρχει τίποτα να φάνε, και ακόμη και όταν δέχονται επιθέσεις με μια ποικιλία από εργαλεία που σκοτώνουν τη ζωή, ορισμένα μικρόβια μπορούν ακόμα να ξεφύγουν από τον θάνατο.
Επιβίωση και ευημερία σε καθαρά δωμάτια
Στην πραγματικότητα, η σκληρότητα των καθαρών δωματίων μπορεί να ενθαρρύνει τα μικρόβια να αναπτύξουν νέα κόλπα επιβίωσης. Έτσι, οι διαστημικές υπηρεσίες συχνά ερευνούν τα καθαρά δωμάτια για μικρόβια, εξετάζοντας επιφάνειες και στη συνέχεια τοποθετώντας τα δείγματα σε ζωμούς πλούσιους σε θρεπτικά συστατικά για να δουν αν αναπαράγονται κύτταρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και αν τα κύτταρα δεν αναπτύσσονται, τα δείγματα ελέγχονται για να διαπιστωθεί αν μπορούν να βρεθούν υπολείμματα γενετικού υλικού από ανενεργούς ή νεκρούς μικροοργανισμούς.
Τα τελευταία χρόνια, εκατοντάδες είδη βακτηρίων - συμπεριλαμβανομένων πολλών προηγουμένως άγνωστων στην επιστήμη - έχουν βρεθεί στις πιο διεξοδικά καθαρισμένες αίθουσες συναρμολόγησης και δοκιμών διαστημοπλοίων της NASA και της ESA. Μόλις φέτος, οι επιστήμονες εντόπισαν 26 νέα βακτήρια από δείγματα δύο καθαρών δωματίων διαστημοπλοίων.
«Υπάρχει ακόμα ένα ποικίλο μικροβίωμα ακόμη και σε καθαρά δωμάτια και σε διαστημόπλοια», λέει ο Nils Averesch , διαστημικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, ο οποίος δεν συμμετείχε στην πρόσφατη μελέτη. Μικρόβια έχουν βρεθεί ακόμη και στο εξωτερικό του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, εκτεθειμένα στην υπερβολικά εχθρική φύση του ίδιου του διαστήματος.
Μερικά έχουν επιβιώσει καταναλώνοντας τα προϊόντα καθαρισμού που υποτίθεται ότι τα ακρωτηριάζουν. Άλλα μπορούν να επιβιώσουν αναπτύσσοντας σπόρια: σκληρές βιολογικές δομές που λειτουργούν ως ασπίδες. Σε μορφή σπορίων, τα βακτήρια «μπορούν να παραμείνουν [αδρανή] για εκατομμύρια χρόνια μέχρι να βρουν τις κατάλληλες συνθήκες για να βλαστήσουν ξανά», λέει ο Tirumalai.
Μια άλλη επιλογή είναι να μένουν σε αδράνεια . «Είναι ύπουλοι τύποι. Βρίσκονται σε κατάσταση ύπνου», λέει ο Tirumalai. Πολλά είδη βακτηρίων ξυπνούν από την αδράνεια όταν τους χορηγούνται ξανά θρεπτικά συστατικά. Και όταν συμβεί αυτό, οι επιστήμονες μπορούν να πάρουν δείγματα από αυτά και να τα αναπτύξουν σε ανιχνεύσιμα επίπεδα σε εργαστήριο.
Ωστόσο, ορισμένα αδρανή βακτήρια παραμένουν σιωπηλά και ανενεργά ακόμη και όταν τους δίνεται τροφή. Αυτή η εκδοχή αδράνειας σημαίνει ότι μπορούν να παραμείνουν κρυμμένα. «Παίρνουν δείγματα και στη συνέχεια τα τοποθετούν σε τρυβλία καλλιέργειας. Και δεν αναπτύσσονται», λέει ο Widger. Και αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει ένα πραγματικό πρόβλημα.
Το T. phoenicis εμπίπτει σε αυτήν την τελευταία κατηγορία.
Η άνοδος του μικροσκοπικού Φοίνικα
Το 2007, οι μηχανικοί που προετοίμαζαν το διαστημόπλοιο Phoenix Mars της NASA εξέτασαν με σφουγγάρι το δάπεδο του καθαρού δωματίου συναρμολόγησης στο Διαστημικό Κέντρο Kennedy της NASA στη Φλόριντα. Χάρη σε αυτά τα δείγματα (μαζί με τις εξετάσεις για ίχνη DNA), οι επιστήμονες ανακοίνωσαν το 2013 ότι είχαν εντοπίσει και ανιχνεύσει το νέο βακτήριο, T. phoenicis, τόσο στο Kennedy όσο και στο καθαρό δωμάτιο του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος στη Γαλλική Γουιάνα, 2.500 μίλια μακριά. Ήταν η πρώτη φορά που βρέθηκε ένα νέο μικρόβιο σε δύο μακρινούς καθαρούς χώρους.
Οι επιστήμονες εξέτασαν αρχικά το γονιδίωμά του για ενδείξεις σχετικά με το πώς το μικρόβιο είχε επιβιώσει για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα σε διαφορετικά αποστειρωμένα περιβάλλοντα. Διαπίστωσαν ότι έφερε το γονίδιο για μια πρωτεΐνη γνωστή ως παράγοντας προαγωγής της αναζωογόνησης, ή Rpf, που μπορεί να ξυπνήσει παρόμοια βακτήρια που έχουν επίσης το ίδιο γονίδιο.
Η κατοχή αυτού του γονιδίου δεν σημαίνει απαραίτητα ότι ένα βακτήριο το εκμεταλλεύεται. Για να το ανακαλύψει, η ομάδα του Tirumalai στέρησε από το T. phoenicis όλα τα θρεπτικά συστατικά και το αφυδάτωσε μέχρι σημείου ξήρανσης. Τα κύτταρα εισήλθαν βιαστικά σε αδρανή κατάσταση. Σε πολλές περιπτώσεις, τα βακτήρια δεν κατάφεραν να βγουν από την αδρανή κατάσταση και να αναγεννηθούν όταν τους δόθηκαν θρεπτικά συστατικά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα κύτταρα αναπτύχθηκαν σε συστάδες σε δεξαμενές πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά, αλλά αυτό χρειάστηκε αρκετές ημέρες.
Η ικανότητά τους να εισέρχονται σε μια σχεδόν μη ανιχνεύσιμη αδρανή κατάσταση και να παραμένουν έτσι ακόμη και όταν οι συνθήκες βελτιώνονταν, εξηγούσε γιατί οι έρευνες χρειάστηκαν τόσο πολύ χρόνο για να τα ανακαλύψουν σε καθαρούς χώρους διαστημοπλοίων. «Αλλά τη στιγμή που προσθέτεις το Rpf σε αυτό: μπαμ», λέει ο Tirumalai. «Χρειάζεται το Rpf για να το αναβιώσει».
Το Rpf δεν είναι φυσικό χαρακτηριστικό των καθαρών δωματίων. Ωστόσο, διάφορα βακτήρια το εκκρίνουν, συμπεριλαμβανομένου ενός ιδιαίτερα κοινού είδους που ζει στο ανθρώπινο δέρμα. Αυτό καθιστά το Rpf εύκολο να βρεθεί παντού αλλού. «Το έχεις εσύ. Το έχω κι εγώ», λέει ο Widger. Με το Rpf να είναι τόσο πανταχού παρόν, οποιοδήποτε T. phoenicis προσκολλημένο σε ένα εξαιρετικά καθαρό διαστημόπλοιο δεν θα είχε κανένα πρόβλημα να ξυπνήσει και να γευτεί μετά από μια μακρά περίοδο αδράνειας.
Αυτό σημαίνει ότι στείλαμε μικρόβια στον Άρη;
Το αν αυτό το επίπεδο αδράνειας θα μπορούσε να σώσει τον T. phoenicis από την σκληρότητα του βαθέος διαστήματος είναι ένα ανοιχτό ερώτημα, αλλά απίθανο. Το διαστημόπλοιο Phoenix έχει αναχωρήσει από τη Γη εδώ και καιρό για να αναζητήσει αρχαίο νερό και οργανικά μόρια στην αρειανή αρκτική. Και οι πιθανότητες επιβίωσης βακτηρίων στην επιφάνεια του Άρη είναι ακόμη χαμηλότερες. (Οποιεσδήποτε μελλοντικές ανακαλύψεις εξωγήινων μικροβίων θα ελεγχθούν διπλά με την απογραφή εκείνων από καθαρά δωμάτια).
Το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι τα ίδια τα καθαρά δωμάτια και οι άνθρωποι που εργάζονται σε αυτά. Το T. phoenicis αποτελεί προειδοποίηση όχι μόνο για τα καθαρά δωμάτια των διαστημοπλοίων, αλλά και για οποιοδήποτε καθαρό δωμάτιο - από αυτά στα εργαστήρια γεωργίας και παραγωγής τροφίμων έως αυτά που χρησιμοποιούνται από φαρμακευτικές εταιρείες και εντός νοσοκομείων. «Η αδράνεια δεν έχει επιπτώσεις μόνο στην προστασία του πλανήτη, αλλά και στο ανθρώπινο περιβάλλον», λέει ο Tirumalai.
Τα βακτήρια που προκαλούν ασθένειες και είναι σε θέση να εισέλθουν σε μια παρόμοια αθόρυβη λειτουργία με το T. phoenicis σε οποιοδήποτε από αυτά τα υποτιθέμενα αποστειρωμένα δωμάτια θα μπορούσαν να προκαλέσουν χάος. Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν κανένα προβληματικό μικρόβιο όπως αυτό. Αλλά πάλι, αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι δεν έχουν καταφέρει να τα ανιχνεύσουν. «Αυτό που είναι άγνωστο είναι πιο τρομακτικό από το γνωστό», λέει ο Widger.
Καταπολέμηση ύπουλων μικροβίων
Η μελέτη της ομάδας υποδεικνύει τη δοκιμή περισσότερων επιφανειών για ίχνη γενετικού υλικού από καμουφλαρισμένα μικρόβια. Ένας άλλος, πιο αντιφατικός τρόπος για να κατασκοπεύσουμε τα κρυφά βακτήρια καθαρών δωματίων είναι να τα εμποδίσουμε να κοιμηθούν εξαρχής. Το Rpf αφυπνίζει ξανά το T. phoenicis , επιτρέποντάς του να ανιχνευθεί και στη συνέχεια να εξοντωθεί εύκολα. Εάν οι επιστήμονες ανακαλύψουν το κλειδί για την αφύπνιση παρόμοιων βακτηρίων, «τότε τα αντιβιοτικά θα το σκότωναν», λέει ο Widger.
Οι πτήσεις μικρών αποστάσεων στο διάστημα είναι απίθανο να τεθούν σε κίνδυνο από ύπουλα μικρόβια. Άλλωστε, οι αστροναύτες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό δεν έχουν προσβληθεί από κάποια σοβαρή μολυσματική ασθένεια όσο βρίσκονται εκεί.
Σε μακροχρόνιες επανδρωμένες διαστημικές αποστολές στη Σελήνη ή τον Άρη, οι αστροναύτες θα υποβάλλονται σε μακρές περιόδους καραντίνας. Αυτό διασφαλίζει ότι τυχόν μολυσματικές ασθένειες που ενδέχεται να επωάζουν εκείνη τη στιγμή μπορούν να ανιχνευθούν πριν από την εκτόξευση. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι τυχόν κρυφά μικρόβια δεν θα τους περιμένουν μέσα στα ίδια τα διαστημόπλοια.
Η αδράνεια δεν είναι επίσης ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι μικροοργανισμοί μπορούν να διαφύγουν της ανίχνευσης. Οι επιστήμονες υπέβαλαν πρόσφατα ορισμένα βακτήρια σε περιβαλλοντικές συνθήκες παρόμοιες με αυτές του Άρη και διαπίστωσαν ότι αυτό τα αναγκάζει να αλλάξουν το σχήμα και τη βιολογική τους συμπεριφορά. Τα ταξίδια στο διάστημα έχουν επίσης αποδειχθεί ότι προκαλούν σύγχυση στο ανοσοποιητικό σύστημα των αστροναυτών. Και ένας συνδυασμός των δύο θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι δικές μας βιολογικές άμυνες είναι λιγότερο ικανές να ανιχνεύσουν και να σκοτώσουν τυχόν βακτηριακούς εισβολείς.
Όποιος ελπίζει να εγκατασταθεί σε μια διαρκή παρουσία στην επιφάνεια της Σελήνης ή στον Άρη, θα ήταν συνετό να μην υποτιμήσει το βακτηριακό βασίλειο. Μια βάση στον έξω κόσμο θα χρειαστεί τροφή. «Και αν φέρετε φυτά, φέρνετε ένα σωρό μικρόβια», λέει ο Άβερες. Ας ελπίσουμε ότι είναι φιλικά.
Ρόμπιν Τζορτζ Άντριους
https://www.nationalgeographic.com/science/article/clean-room-bacteria-nasa-spacecraft-dormant