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Des bactéries mortelles venues de l'espace
Les vols spatiaux sont connus pour avoir des effets profonds sur la physiologie humaine, affaiblissant les os et les muscles des astronautes et altérant leur système immunitaire. Une nouvelle étude montre que ses effets sur les micro-organismes peuvent être tout aussi dramatiques : Salmonelle cultivé à bord de la navette spatiale était plusieurs fois plus meurtrier que ses homologues terrestres. L'étude suggère que la NASA et d'autres agences spatiales pourraient avoir à craindre que les missions habitées de longue durée n'augmentent la virulence des micro-organismes que les astronautes transportent inévitablement avec eux. Il a également permis aux microbiologistes de mieux comprendre Salmonelle qui pourraient conduire à de nouvelles thérapies contre les infections sur Terre.
Il vient de l'espace : Salmonelle typhimurium (en haut) cultivées à bord de la navette spatiale ont montré des changements globaux dans l'expression des gènes et la production de protéines et étaient bien plus meurtrières que les souches identiques cultivées sur Terre.
L'astronaute Heide Stefanyshyn-Piper (en bas), tenant l'un des douze conteneurs de Salmonella à bord de la navette spatiale Atlantis en 2006. En tournant la manivelle dans sa main droite, Stefanyshyn-Piper a plongé des compartiments remplis de bactéries inactives dans des compartiments remplis de milieu de croissance.
Des chercheurs dirigés par Cheryl Nickerson , professeur agrégé à l'Arizona State University Biodesign Institute, a découvert que Salmonelle cultivé lors de la mission de navette spatiale STS-115 en 2006 a subi des changements majeurs dans l'expression de 167 gènes. Lorsqu'elle a été administrée à des souris sur Terre, la bactérie s'est avérée plusieurs fois plus mortelle qu'une souche équivalente cultivée au sol.
L'expérience a été la première à étudier les changements dans l'expression des gènes d'un micro-organisme dans l'espace. Les scientifiques de l'Arizona ont fourni la preuve qu'un Salmonelle gène régule la plupart des changements moléculaires subis par la bactérie. Ce régulateur global, qui semble aider les bactéries à répondre au stress en devenant plus virulentes, est une cible thérapeutique potentielle pour le futur. Salmonelle traitements.
Les implications pour les vols spatiaux habités ne sont pas aussi claires. Cela ne semble pas être quelque chose dont la NASA devrait s'inquiéter, du moins pas à court terme, dit David Robertson , directeur de la Centre de physiologie et de médecine spatiales à l'Université Vanderbilt. Mais il est impossible de stériliser complètement les engins spatiaux, en grande partie parce que les humains transportent tellement de bactéries avec eux : les cellules bactériennes de notre corps sont beaucoup plus nombreuses que les nôtres. Plus les trajets sont longs, plus nous devons nous inquiéter, dit Robertson. Une mission habitée vers Mars, qui a été proposée par le président Bush, prendrait environ trois ans.
le Salmonelle ont été transportés à bord de la navette spatiale Atlantide dans une sorte d'animation suspendue, scellée à l'intérieur d'éprouvettes compartimentées. L'un des astronautes a activé les cultures bactériennes en poussant un piston dans une chambre qui a mélangé le Salmonelle avec un milieu de croissance. Après 24 heures, le piston a été poussé dans une autre chambre. La moitié des bactéries ont ensuite été mélangées avec plus de milieu de croissance pour les maintenir en vie jusqu'à leur retour sur Terre ; l'autre moitié a été mélangée à un fixateur chimique qui a arrêté leur croissance et les a préservés afin que leur expression génique puisse être étudiée après l'atterrissage de la navette.
Les chercheurs sur le terrain ont réalisé la même expérience sur la même souche de Salmonelle , cultivé dans un environnement qui imitait la température, l'humidité et d'autres conditions à bord de la navette spatiale, mais avait la gravité terrestre. Par rapport à ces bactéries, celles cultivées dans l'espace présentent des changements majeurs dans l'activité de 167 gènes et dans la production de 73 protéines. Des concentrations plus faibles de bactéries spatiales ont causé des infections mortelles chez les souris, et les bactéries spatiales ont tué plus de souris plus tôt que celles cultivées sur Terre.
Nickerson dit que ces changements peuvent être dus aux contraintes mécaniques que la microgravité impose aux cellules bactériennes. En microgravité, les cellules dans un tube à essai ou dans notre corps sont en état de flottabilité, flottant en suspension, dit-elle. Cela modifie le flux de fluides sur les surfaces des cellules, et donc le comportement des cellules.
Il semble contre-intuitif que les chercheurs puissent apprendre comment les bactéries se comportent dans notre corps sur Terre en les plaçant dans un environnement aussi artificiel qu'un tube à essai sur un vaisseau spatial, dit Jeanne Becker , directeur associé de la Institut national de recherche biomédicale spatiale , à Houston. Du point de vue des bactéries, dit-elle, elles veulent pouvoir survivre dans un environnement stressant, qu'il s'agisse de microgravité, d'une agression du système immunitaire ou de la présence d'un antibiotique. La façon dont les bactéries réagissent à un environnement stressant – en fabriquant plus ou moins une protéine particulière, par exemple – peut orienter les chercheurs vers des voies biochimiques que de nouvelles thérapies pourraient cibler.
Les vols spatiaux modifient également l'activité génétique des cellules humaines. Nous avons évolué dans un environnement à gravité unique, explique Becker. Il y a des changements fondamentaux lorsque vous supprimez la gravité. Une étude a montré que les vols spatiaux provoquaient des changements dans l'expression de plus de 1 600 gènes dans des cellules rénales humaines cultivées en culture. Becker dit que de nombreuses autres études sur les effets moléculaires des conditions spatiales sur les cellules sont à venir, alors que les chercheurs profitent de la Station spatiale internationale.
Le groupe de Nickerson publiera bientôt des articles sur les effets des vols spatiaux sur une souche de levure et sur Pseudomonas aeruginosa , la bactérie qui a causé la seule infection grave d'un astronaute à ce jour, en 1970. Pour réussir sa rentrée dans l'atmosphère après une explosion à bord, le Apollo 13 les astronautes se sont retirés de la partie principale de leur vaisseau dans leur module lunaire, où ils ont été confrontés à une pénurie d'oxygène, d'électricité et d'eau. Dans ces conditions extrêmes, l'astronaute Fred Haise a développé une infection agressive de la prostate causée par Pseudomonas et a été gravement malade pendant quelques semaines après son retour à la maison.
La plupart des infections des astronautes dans l'espace ont été bénignes - le cas de Haise est l'exception - et aucune n'a été causée par Salmonelle . Nickerson dit qu'elle a choisi d'étudier Salmonelle parce que des expériences antérieures qui simulaient la microgravité et d'autres conditions spatiales suggéraient que la virulence de la bactérie pourrait augmenter dans l'espace. Tandis que Salmonelle n'a jamais été isolé des vaisseaux spatiaux, c'est une raison importante pour laquelle la nourriture destinée à la Station spatiale internationale est disqualifiée, dit-elle.
Le fait qu'au moins un insecte méchant devienne manifestement plus virulent dans les vols spatiaux introduit un danger qui aurait pu être sous-estimé auparavant, selon Kim Prisc , professeur de médecine à la Laboratoire de la NASA à l'Université de Californie à San Diego. Cela amène à se demander à quel point le traitement médical d'un sujet infecté dans l'espace devrait être agressif.
Plus important, selon Prisk et Becker, est l'identification par les chercheurs de l'Arizona du régulateur mondial de la virulence qui pourrait conduire à des traitements pour Salmonelle infections. C'est un bon exemple de la façon dont la recherche axée sur les vols spatiaux peut conduire à des résultats potentiellement importants et bénéfiques ici sur le terrain, explique Prisk.