Gronkowiec złocisty z kosmosu, orbitalny szczep pałeczki ropy błękitnej, toksyna zmutowanych laseczek woskowych, astrobakterie kałowe – to wszystko brzmi jak pomysł na kiepski horror science fiction. Ale dzieje się już dziś, sprawiając astronautom sporo problemów. Pod względem higieny Międzynarodowa Stacja
Kosmiczna to prawdziwy koszmar. Niewielka przestrzeń, niska grawitacja, zamknięty obieg powietrza i wody – no i ludzie, którzy ciężko pracują i rzadko się myją. To dlatego ostatnie odkrycie naukowców z Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA i California Institute of Technology (Caltech) zabrzmiało jak dzwonek ostrzegawczy. W próbkach zebranych w różnych miejscach stacji odkryto potencjalnie chorobotwórcze bakterie, które zmutowały i stały się odporne na antybiotyki.
TAJEMNICE TOALETY
Bakterie z rodzaju Enterobacter na Ziemi występują stosunkowo często w wodzie, glebie, a także w ludzkim przewodzie pokarmowym. Niektóre szczepy mogą nawet doprowadzić do śmierci człowieka. Są częstymi – i nieproszonymi – gośćmi w szpitalnych oddziałach intensywnej opieki. Niepokój naukowców wzbudziło odkrycie aż pięciu różnych szczepów Enterobacter wewnątrz stacji. Cztery znaleziono w toaletach, a jeden w module ze sprzętem treningowym, w miejscu gdzie astronauci opierają nogi. Próbki zebrano w 2015 roku, jednak dopiero pod koniec 2018 roku zsekwencjonowano DNA znalezisk, a informacje porównano z danymi typowo ziemskich bakterii. Te „kosmiczne” okazały się najbardziej podobne do Enterobacter bugandensis – bakterii potencjalnie niebezpiecznej dla ludzi. – Po dokładnym porównaniu okazało się, że bakterie ze stacji kosmicznej są podobne do szczepów, które spowodowały zachorowania noworodków i pacjentów po operacji w szpitalach we wschodniej Afryce, w USA w stanie Waszyngton oraz w stanie Kolorado – mówi mikrobiolog dr Kasthuri Venkateswaran z NASA.
Co gorsza, „kosmiczne” bakterie okazały się odporne na działanie leków. Sprawdzono antybiotyki należące do różnych grup – m.in. cefazolinę, cefoksytynę, penicylinę, oksacylinę i ryfampicynę. Nie działały wcale. Bakterie wykazywały również pewną odporność na inne znane nam leki. Na szczęście nikt z załogi stacji nie zachorował. Ale i tak postanowiono mikroby obserwować. Dlaczego? Przeprowadzono komputerowe symulacje mutacji w kolejnych generacjach bakterii. Komputer oszacował, że istnieje 79-procentowe prawdopodobieństwo, że powstaną patogeny niebezpieczne dla zdrowia ludzi – informuje magazyn „BMC Microbiology”. – Mamy te mikroby na oku, przyglądamy się, jak się rozwijają i adaptują do nowych warunków – mówi Nitin Singh z Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA. – Pozwala to nam chronić zdrowie astronautów. No i wiemy, które części stacji trzeba myć częściej. Do podobnych wniosków doszli specjaliści z Northwestern University pracujący pod kierunkiem prof. Eriki Hartmann. Ten zespół wyizolował w próbkach NASA gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) oraz laseczkę woskową (Bacillus cereus). Na szczęście nie były bardziej zjadliwe ani odporne na leczenie niż najczęściej występujące szczepy na Ziemi.
CO ZESKROBALI ROSJANIE
Ogromne zdumienie kilka lat temu wywołały słowa rosyjskiego kosmonauty Antona Nikołajewicza Szkaplerowa, Bohatera Federacji Rosyjskiej, uczestnika trzech misji Sojuza na ISS, który w kosmosie spędził ponad 533 dni. Otóż Szkaplerow oświadczył, że podczas jednego ze spacerów poza stacją jego kolega zebrał na zewnątrz kadłuba próbki zawierające bakterie, których… nigdy nie było na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. – Przybyły z kosmosu i przykleiły się do zewnętrznej ściany kadłuba stacji – palnął rosyjski kosmonauta w rozmowie z agencją TASS. Informacje przekazane przez Szkaplerowa wywołały konsternację. Organizmy na zewnątrz stacji teoretycznie mogły być pochodzenia pozaziemskiego. Zapachniało sensacją. Szybko jednak okazało się, że to całkiem inny zapach – bakterie znaleziono w załamaniach kadłuba, w których znajdowało się również paliwo i nieczystości.
Ale to nie oznacza, że zagadka bakterii na kadłubie stacji została całkowicie wyjaśniona. Skąd się wzięły ziemskie organizmy na zewnątrz ISS? Jakim cudem przeżyły promieniowanie ultrafioletowe i skoki temperatury od minus 150 do 150 stopni Celsjusza? Nawet jeśli znajdowały się we wnętrzu – jak się wydostały z hermetycznych pomieszczeń? Według Lynn Rothschild, zajmującej się w NASA astrobiologią, mikroorganizmy trafiły na stację jako pasażerowie na gapę. Przypomina, że w wysokich partiach atmosfery naszej planety wielokrotnie wcześniej odkrywano żywe organizmy.
W 2013 roku zespół Kostasa Konstantinidisa opublikował na łamach „Proceedings of the National Academy of Sciences” informację o odkryciu mikroorganizmów na wysokości od 8 do 15 kilometrów. Około 60 proc. zebranych przez badaczy komórek było nadal żywych. Część z nich to potencjalnie chorobotwórcze bakterie kałowe. Jeszcze wyżej zawędrowały bakterie odkryte przez Tinę Santl Temkiv z duńskiego Uniwersytetu Aarhus – aż na 40 kilometrów. Zostały wyrzucone tak wysoko przez szczególnie gwałtowną burzę – uważa badaczka.
UWAGA, SKAŻENIE
Naukowcy wysyłali drobnoustroje na orbitę także celowo. Lista gatunków mikroorganizmów posłanych w kosmos dla dobra nauki liczy ponad 60 pozycji. Niektóre wykazały się zdumiewającą żywotnością. Wystawione za drzwi stacji sinice z rodzaju Gloeocapsa przetrwały w próżni, zimnie i promieniowaniu
ultrafioletowym 533 dni. Całe i zdrowe wróciły na Ziemię po zakończeniu eksperymentu. Pomijając eksperymenty, agencje kosmiczne wymagają biologicznej czystości sprzętu wysyłanego poza Ziemię. Taki obowiązek nakłada artykuł IX Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej z 1967 roku. Mówi on o unikaniu „szkodliwego skażenia przestrzeni kosmicznej, Księżyca i innych ciał niebieskich”. Wszystkie elementy sprzętu są dezynfekowane – parą, promieniowaniem lub środkami chemicznymi – w zależności od ich rodzaju i przeznaczenia.
Również powracający z orbity astronauci NASA poddawani są kwarantannie, co ma zapobiegać przenoszeniu patogenów ze stacji na Ziemię. Ale prywatnymi pojazdami za chwilę latać będą turyści. A oni nie muszą cieszyć się doskonałym zdrowiem – mogą więc przenieść na stację ISS nowe patogeny. Mogą też sami zachorować. Najbardziej niepokojące jest to, że bakterie, które w normalnych ziemskich warunkach nie sprawiłyby zdrowemu człowiekowi kłopotu, w kosmosie mogą okazać się niebezpieczne. I to wcale nie tylko dlatego, że zmutują i wykształcą wyjątkową zjadliwość. Chodzi o to, że astronauci w warunkach panujących na orbicie są bardziej podatni na choroby.
KATAR ASTRONAUTÓW
W 1968 roku Walter Schirra z zespołu Apollo 7 przeziębił się podczas misji. W krótkim czasie na katar chorowali już jego dwaj koledzy Walt Cunnigham i Donn Eisele. Proces wyrównywania ciśnienia w uszach był tak bolesny, że cała trójka odmówiła założenia hełmów. Choroba oraz jej skutek w postaci buntu na pokładzie sprawiły, że żaden z nich już więcej nie poleciał w kosmos. W tym samym roku, podczas misji Apollo 8, Frank Borman rozchorował się po zażyciu tabletek nasennych (dziś uważa się to za klasyczny przypadek choroby kosmicznej). Efekt? Wymioty i biegunka w stanie nieważkości. Podobnie wyglądało to w 1999 roku na stacji ISS, gdy w module Zaria nagle podniósł się poziom dwutlenku węgla. W takich warunkach o zarażenie kolegi lub koleżanki nietrudno.
Inne przypadki? W filmie „Apollo 13” doskonale zilustrowana jest choroba Freda Haise, który nabawił się na pokładzie statku kosmicznego infekcji układu moczowego, a następnie zaburzeń pracy nerek. Większość pechowej misji spędził w gorączce i skręcając się bólu. Co ciekawe, z tej misji wykluczony został Ken Mattingly, ponieważ miał kontakt z osobą chorą na różyczkę. Mattingly nie zachorował, ale i tak zamiast niego skafander wdział Jack Swigert. Większość problemów bierze się ze stanu nieważkości – uważa dr Leonard Mermel z Brown University, który wiele lat później na życzenie NASA badał zakażenia na pokładzie wahadłowców. Na Ziemi kaszlnięcie lub kichnięcie wyrzuca śluz – a w nim patogeny – jedynie na kilka metrów. Na stacji dryfują one prawie bez końca. Opadają na powierzchnie robocze – klawiatury, panele kontrolne, a także na stoły do przyrządzania posiłków, przyrządy do ćwiczeń czy toalety.
Mermel przyjrzał się stanowi zdrowia ponad 740 astronautów i astronautek biorących udział w wybranych 106 lotach promów. Zarejestrowano 29 przypadków chorób zakaźnych. Większość to „zwykłe” przeziębienia z gorączką i bólem głowy, ale były też infekcje grzybicze, zakażenia układu moczowego, skóry oraz wirusowe zakażenia układu pokarmowego. Do tego organizmy ludzi w stanie nieważkości broniły się znacznie słabiej, co zresztą nadal pozostaje zagadką dla naukowców. Rany goiły się wolniej, a limfocyty typu T słabiej zwalczały infekcje. Próbki pobrane od astronautów po powrocie z orbity pokazały, że na skórze w układzie oddechowym i w jelicie grubym mają znacznie więcej bakterii – w tym groźnych gronkowców – niż ludzie na Ziemi. Byli również nosicielami aktywniejszych populacji wirusów opryszczki.
STACJA JAK SZPITAL
Skąd ta skuteczność „kosmicznych” patogenów? To sytuacja podobna do tej, jaką mamy w szpitalach. Większość pomieszczeń i powierzchni w nich jest dobrze wyczyszczona i dezynfekowana, a zatem nie ma na nich „normalnych” bakterii. To miejsce zajmują szczepy bardziej odporne, w tym również lekooporne – tłumaczy na łamach „National Geographic” David Coil z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. Nie pomaga również zamknięte środowisko. W warunkach obniżonej grawitacji, przy silniejszym promieniowaniu kosmicznym i podwyższonym poziomie dwutlenku węgla bakterie mają znakomite warunki do rozwoju i błyskawicznego wykształcania cech adaptujących do otoczenia.
Prowadzone przez NASA eksperymenty w stanie nieważkości dowiodły też, że struktura kolonii bakterii na stacji różni się od tej na Ziemi. Dotyczy to zwłaszcza pałeczki ropy błękitnej – jednego z najgroźniejszych patogenów odpowiedzialnych za zakażenia wewnątrzszpitalne. Zamiast cienkiej warstwy (tzw. biofilmu) bakterie tworzyły grubsze formacje z „pniem i koroną” nigdy nieobserwowane na Ziemi. – Biofilm był wszędzie na stacji Mir i jest tak samo trudnym problemem na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – mówi Cynthia Collins z Rensselaer Polytechnic Institute w USA, która prowadziła badania pałeczek ropy błękitnej hodowanych na pokładzie wahadłowca Atlantis. – Zanim wyślemy ludzi na Marsa czy w jakąkolwiek inną dłuższą podróż kosmiczną, musimy być pewni, że wyeliminowaliśmy ryzyko choroby zakaźnej.
NIE ZARAZIĆ MARSA
Jak to zrobić? – Zrozumienie, w jaki sposób bakterie rozwijają się w zamkniętych środowiskach takich jak ISS, pozwoli nam przygotować się do zagrożeń dla zdrowia ludzi podczas długich misji kosmicznych – przekonuje Nitin Singh z NASA. Dlatego pod koniec 2017 r. NASA wysłała na stację pojemniki z bakteriami E. coli. Naukowcy na ISS testowali na nich jednak antybiotyki, które w przyszłości mogą przydać podczas długich misji załogowych. – W warunkach niskiej grawitacji możemy sprawdzić nowe techniki i produkty, które posłużą nie tylko astronautom, ale też zwykłym pacjentom – podkreśla Louis Stodieck, który nadzorował poprzedni taki eksperyment o nazwie BioServe. – W kosmosie możemy przyjrzeć się pewnym zjawiskom w komórkach, które grawitacja na Ziemi może maskować. A wytworzenie lepszych antybiotyków pomoże pasażerom lecącym na Marsa. Wszystkie problemy ciasnoty i braku higieny obecne na ISS zostaną tam zwielokrotnione – uważają naukowcy. – Nie mogę obiecać, że ludzie się nie zakażą – mówi prof. Erica Hartmann z Northwestern University.
– To jest jak w samolocie: jedna osoba kichnie, a później wszyscy chorują. Ludzie będą zamknięci w małych kapsułach, w których nie można otworzyć okna, przewietrzyć. Pozostaje jeszcze kwestia zawleczenia na inne planety ziemskich drobnoustrojów. Gdyby stało się tak w przypadku Marsa, prawdopodobnie nigdy nie ustalilibyśmy, czy istniało tam wcześniej życie, tym samym pozbawiając się odpowiedzi na jedno z najważniejszych pytań współczesnej nauki. I pomyśleć, że to sprawka tych upartych bakterii, które wędrują wszędzie tam, gdzie my.
Piotr Kościelniak – dziennikarz specjalizujący się w nauce, medycynie i nowych technologiach.