מיקרו-כבידה עשויה להפוך את ירקות החלל לרגישים יותר לחיידקים

חסה וירקות עליים ירוקים אחרים הם חלק מתזונה בריאה ומאוזנת -; אפילו לאסטרונאוטים במשימה.

עברו יותר משלוש שנים מאז שמינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי הפך חסה שגדלה בחלל לפריט בתפריט של אסטרונאוטים על סיפון תחנת החלל הבינלאומית. לצד מרכיבי דיאטת החלל שלהם של טורטיות קמח ואבקת קפה, אסטרונאוטים יכולים ללעוס סלט, שגדל מתאי בקרה על סיפון ה-ISS המהווים את הטמפרטורה האידיאלית, כמות המים והאור שצמחים צריכים כדי להתבגר.

אבל יש בעיה. בתחנת החלל הבינלאומית יש הרבה חיידקים ופטריות פתוגניים. רבים מהחיידקים הגורמים למחלות ב-ISS הם אגרסיביים מאוד ויכולים ליישב בקלות את רקמת החסה וצמחים אחרים. ברגע שאנשים אוכלים חסה שהוצפה על ידי אי קולי או סלמונלה, הם עלולים לחלות.

עם מיליארדי דולרים שמוזרמים לחקר החלל מדי שנה על ידי נאס"א וחברות פרטיות כמו SpaceX, כמה חוקרים מודאגים שהתפרצות של מחלות נישאות במזון על סיפון תחנת החלל הבינלאומית עלולה לדרדר משימה.

במחקר חדש שפורסם ב דוחות מדעיים ובתוך npj מיקרו-כבידה, חוקרים מאוניברסיטת דלאוור גידלו חסה בתנאים שחיקו את הסביבה חסרת המשקל על סיפון תחנת החלל הבינלאומית. צמחים הם מאסטרים של חישת כוח המשיכה, והם משתמשים בשורשים כדי למצוא אותו. הצמחים שגדלו ב-UD נחשפו למיקרו-כבידה מדומה על ידי סיבוב. החוקרים גילו שצמחים אלה תחת מיקרו-כבידה המיוצרים היו למעשה מועדים יותר לזיהומים מפתוגן אנושי, סלמונלה.

Stomata, הנקבוביות הזעירות בעלים ובגבעולים שצמחים משתמשים בהם כדי לנשום, בדרך כלל קרובים כדי להגן על צמח כאשר הוא חש בגורם לחץ, כמו חיידקים, בקרבת מקום, אמר נח טוטליין, בוגר המחלקה למדעי הצמח והקרקע ב-UD שסיים את לימודיו. תוכנית בדצמבר. כשהחוקרים הוסיפו חיידקים לחסה תחת הדמיית מיקרו-כבידה שלהם, הם גילו שהעלים הירוקים פותחים את הסטומה שלהם לרווחה במקום לסגור אותם.

העובדה שהם נשארו פתוחים כשהצגנו להם מה שנראה כלחץ הייתה ממש לא צפויה".

נח טוטליין, בוגר המחלקה למדעי הצמח והקרקע ב-UD

טוטליין, הכותבת הראשית של שני המאמרים, עבדה עם הפרופסור לביולוגיה של צמחים הרש בייס, כמו גם פרופסור לבטיחות מזון מיקרוביאלית קאלי קניאל וצ'נדרן סבנאיאגאם מהמכון הביוטכנולוגיה של דלאוור. צוות המחקר השתמש במכשיר שנקרא קלינוסטט כדי לסובב צמחים במהירות של תרנגולת רוטיסרי על ספינר.

"למעשה, המפעל לא ידע באיזו כיוון למעלה או למטה," אמר טוטליין. "די בלבלנו את התגובה שלהם לכוח המשיכה".

זה לא היה מיקרו-כבידה אמיתי, אמר טוטליין, אבל זה עשה את העבודה לעזור לצמחים לאבד את תחושת הכיווניות שלהם. בסופו של דבר, החוקרים גילו שנראה כי סלמונלה יכולה לפלוש לרקמת העלים ביתר קלות בתנאי מיקרו-כבידה מדומים מאשר בתנאים אופייניים על פני כדור הארץ.

בנוסף, Bais וחוקרי UD אחרים הראו שימוש בחיידק עוזר בשם B. subtilis UD1022 בקידום צמיחה וכושר של צמחים נגד פתוגנים או גורמי לחץ אחרים כמו בצורת.

הם הוסיפו את ה-UD1022 להדמיית המיקרו-כבידה שעל כדור הארץ יכולה להגן על צמחים מפני סלמונלה, מתוך מחשבה שזה עשוי לעזור לצמחים להדוף את סלמונלה במיקרו-כבידה.

במקום זאת, הם גילו שהחיידק למעשה לא הצליח להגן על צמחים בתנאים דמויי חלל, מה שעלול לנבוע מחוסר היכולת של החיידק לעורר תגובה ביוכימית שתאלץ צמח לסגור את הסטומה שלו.

"הכישלון של UD1022 לסגור סטמטות תחת סימולציה של מיקרו-כבידה הוא מפתיע ומעניין ופותח פחית תולעים נוספת", אמר בייס. "אני חושד שהיכולת של UD1022 לשלול את סגירת הסטומטה בסימולציה של מיקרו-כבידה עלולה להכריע את הצמח ולגרום לצמח ול-UD1022 לא להיות מסוגלים לתקשר זה עם זה, מה שעוזר לסלמונלה לפלוש לצמח."

פתוגנים הנישאים במזון על סיפון תחנת החלל הבינלאומית

מיקרובים נמצאים בכל מקום. החיידקים הללו נמצאים עלינו, על בעלי חיים, על האוכל שאנו אוכלים ובסביבה.

אז באופן טבעי, פרופסור לבטיחות מזון מיקרוביאלי UD, קאלי קניאל, אמר שבכל מקום שבו נמצאים בני אדם, יש פוטנציאל לפתוגנים חיידקיים להתקיים במקביל.

לפי נאס"א, כשבעה אנשים בו זמנית חיים ועובדים בתחנת החלל הבינלאומית.

זו לא הסביבה הכי צמודה -; בערך כמו בית עם שישה חדרי שינה -; אבל זה עדיין מסוג המקומות שבהם חיידקים יכולים לזרוע הרס.

"אנחנו צריכים להיות מוכנים ולצמצם סיכונים בחלל עבור אלה שחיים כעת בתחנת החלל הבינלאומית ועבור אלה שעשויים לגור שם בעתיד", אמר קניאל. "חשוב להבין טוב יותר כיצד מגיבים פתוגנים חיידקיים למיקרו-כבידה על מנת לפתח אסטרטגיות הפחתה מתאימות."

לקניאל ובייס יש היסטוריה ארוכה של חיבור תחומי המקצוע שלהם של בטיחות מזון מיקרוביאלית וביולוגיה של צמחים כדי לחקור פתוגנים אנושיים על צמחים.

"כדי לפתח את הדרכים הטובות ביותר להפחתת הסיכונים הקשורים לזיהום של עלים ירוקים וסחורות תוצרת אחרות, עלינו להבין טוב יותר את האינטראקציות בין פתוגנים אנושיים על צמחים הגדלים בחלל", אמר קניאל. "והדרך הטובה ביותר לעשות זאת היא בגישה רב-תחומית".

אוכלוסייה גדלה על פני כדור הארץ, צורך גדול יותר במזון בטוח בחלל

ייתכן שיעבור זמן מה עד שבני אדם יוכלו לחיות על הירח או על מאדים, אבל למחקר ה-UD יש כמה השפעות פוטנציאליות גדולות על החיים המשותפים בחלל החיצון.

על פי דו"ח של האו"ם, כדור הארץ עשוי להיות בית ל-9.7 מיליארד בני אדם בשנת 2050 ו-10.4 מיליארד בני אדם בשנת 2100.

נוסף על כך, בייס, הפרופסור לביולוגיה צמחית ב-UD, אמר שאמצעי בטיחות המזון ואבטחת המזון כבר נמצאים בשיאם ברחבי העולם. עם אובדן קרקע חקלאית לאורך זמן לגידול מזון, "אנשים יחשבו בקרוב ברצינות על מרחבי מגורים חלופיים", אמר. "אלה כבר לא פיקציה."

ולכאורה לעתים קרובות יותר, המרכז לבקרת מחלות ומניעתן או מינהל המזון והתרופות האמריקני יוציאו ריקול על חסה מסוימת על פני כדור הארץ, ויאמרו לאנשים לא לאכול אותה בגלל סיכון לאי קולי או סלמונלה.

מכיוון שעלים ירוקים הם המזון המועדף עבור אסטרונאוטים רבים וקלים לגידול בסביבות פנימיות כמו סביבה הידרופונית בתחנת החלל הבינלאומית, בייס אמר שחשוב לוודא שהירקות האלה תמיד בטוחים לאכילה.

"אתה לא רוצה שכל המשימה תיכשל רק בגלל התפרצות של בטיחות מזון", אמר בייס.

פתרונות: זרעים מעוקרים וגנטיקה משופרת

אז אם צמחים פותחים את הסטומה שלהם לרחבה יותר בסביבת מיקרו-כבידה ומאפשרים לחיידקים להיכנס בקלות, מה ניתן לעשות?

מסתבר שהתשובה לא כל כך פשוטה.

"להתחיל עם זרעים מעוקרים היא דרך להפחית את הסיכונים של חיידקים על צמחים," אמר קניאל. "אבל אז חיידקים עשויים להיות בסביבת החלל ויכולים להגיע לצמחים כך."

בייס אמר כי ייתכן שמדענים יצטרכו לכוונן את הגנטיקה של הצמחים כדי למנוע מהם לפתוח את הסטומה שלהם לרחבה יותר בחלל. המעבדה שלו כבר לוקחת זני חסה שונים בעלי גנטיקה שונה ומעריכה אותם תחת מיקרו-כבידה מדומה.

"אם, למשל, אנו מוצאים אחד שסוגר את הסטומטה שלהם בהשוואה לאחר שכבר בדקנו שפותח את הסטמטות שלהם, אז נוכל לנסות להשוות את הגנטיקה של שני הזנים השונים האלה", אמר בייס. "זה ייתן לנו הרבה שאלות במונחים של מה משתנה".

כל תשובה שהם מוצאים יכולה לעזור למנוע בעיות עתידיות עם סלט רוקט.

המחקר, סימולציה של מיקרו-כבידה מקל על חדירת סלמונלה בגבעול בחסה ומדכא חומר בקרה ביולוגית, ומיקרו-כבידה והתחמקות מחסינות מולדת של הצמח על ידי פתוגנים חיידקיים אנושיים מומנו על ידי NASA-EPSCoR.