Mikroby w Kosmosie: Polscy badacze odkrywają, jak życie może przetrwać w ekstremalnych warunkach

W obliczu bezkresu kosmosu, gdzie promieniowanie gwiazd takich jak Słońce może być zabójcze, a ciemność jest niemal absolutna, istnienie życia wydaje się niemożliwe, a jednak są organizmy, które nauczyły się radzić sobie w tych warunkach.

Zespół badaczy z krakowskich jednostek badawczych, Sano – Centrum Medycyny Obliczeniowej oraz Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ w ścisłej współpracy z partnerami z Jet Propulsion Laboratory NASA i Acibadem University w Stambule, prowadzi badania nad tym, jak mikroorganizmy przystosowują się do ekstremalnych warunków panujących w kosmosie.

W rezultacie powstała przełomowa praca naukowa opublikowana 4 października 2024 roku w prestiżowym czasopiśmie Microbiome pt. “Adaptation to space conditions of novel bacterial species isolated from the International Space Station revealed by functional gene annotations and comparative genome analysis”. Autorzy publikacji przebadali mechanizmy adaptacyjne bakterii pobranych z ISS. Odkrycia wskazują, że mikroorganizmy wyizolowane z wnętrza ISS przystosowały się do życia w przestrzeni kosmicznej.

Kosmiczne Wyzwania

Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mikroorganizmy stają przed nieustannym testem przetrwania. Z ograniczonym dostępem do wody i składników odżywczych, w warunkach mikrograwitacji, bez ochronnej atmosfery, muszą przystosować się do życia w skrajnie nieprzyjaznym środowisku. Dodatkowo, zmniejszone stężenie soli, intensywne promieniowanie kosmiczne oraz ekstremalne wahania temperatur stanowią ogromne wyzwanie. Bakterie, aby przetrwać, zmuszone są opracować innowacyjne strategie adaptacyjne, które pozwalają im funkcjonować w tych zabójczych warunkach.

Szczególną uwagę w badaniach poświęcono temu, jak mikroorganizmy przystosowują się do tych warunków, jak uczą się żyć w zupełnie nowym świecie, gdzie każda sekunda przynosi nowe zagrożenie.

Obiecujące Kierunki w Rozwoju Nowych Antybiotyków

Genomy bakterii znalezionych na ISS zawierają geny oporności na antybiotyki i odpowiedzialne za tworzenie biofilmów, a także potencjalne nowe związki przeciwdrobnoustrojowe. To odkrycie może prowadzić do rozwoju nowych leków, które będą miały zastosowanie zarówno w misjach kosmicznych, jak i na Ziemi. Dzięki tym badaniom możemy nie tylko poprawić zdrowie astronautów w trudnych warunkach kosmicznych, ale także stworzyć innowacyjne terapie dla ludzi, które pomogą w walce z opornymi na leczenie infekcjami i wspomogą rozwój nowych strategii leczenia chorób zakaźnych.

Postęp w Rozwoju Narzędzi Analitycznych

Odkrycia w genomice kosmicznej są możliwe dzięki narzędziom stosującym głębokie uczenie maszynowe do adnotacji funkcjonalnych. Takie właśnie to narzędzie DeepFRI rozwija zespół Dr Tomka Kościółka z Sano. W przeciwieństwie do starszych rozwiązań (PGAP czy eggNOG), DeepFRI precyzyjnie określa funkcje genów wcześniej uznawanych za hipotetyczne. Połączenie DeepFRI i baz danych, jak AlphaFold, pozwoliło odkryć nowe geny i białka. Są one kluczowe dla przetrwania bakterii w ekstremalnych warunkach kosmicznych.

Nowa Era dla Polskiego Kosmosu

Sektor kosmiczny w Polsce rozwija się w imponującym tempie, co widać po dynamicznym wzroście liczby nowych startupów. Warto zwrócić uwagę na firmę Liftero z Krakowa, założoną przez absolwentów AGH, związanych z kołem naukowym AGH Space Systems. Liftero, we współpracy z gigantem kosmicznym SpaceX, wynosi komercyjne satelity na orbity docelowe.

Rozwój polskiego sektora kosmicznego jest również wspierany przez decyzje takie jak zwiększenie składki członkowskiej Polski w Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), podjęte przez Polską Agencję Kosmiczną (POLSA). Dzięki temu polskie firmy i zespoły badawcze mogą uczestniczyć w prestiżowych projektach ESA, takich jak misja Heracles, której celem jest budowa bazy na Księżycu w ramach programu Gateway.

W przyszłym roku szczególnie ważnym wydarzeniem będzie lot na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) pierwszego polskiego astronauty, dr. Sławosza Uznańskiego.

Ziemniaki na Marsie i leki z kosmosu

Polska firma AstroFarms, założona przez dr. Łukasza Szydłowskiego, to jeden z najbardziej innowacyjnych projektów, który ma na celu przeniesienie rolnictwa poza Ziemię. AstroFarms rozwija uprawę adaptowanych odmian ziemniaka na symulatorach księżycowych i marsjańskich, tworząc podstawy dla przyszłego rolnictwa na innych planetach. Firma pracuje także nad opracowaniem mikroorganizmów, które umożliwią bioprodukcję wielu ważnych substancji: farmaceutyków, polimerów, biopaliw itp. Rozwiązanie to ma na celu zapewnienie samowystarczalności przyszłym mieszkańcom przestrzeni kosmicznej, zredukowanie zależności od ziemskich zasobów, skrócenie łańcucha dostaw i rozszerzenie badań na kolejne ciała niebieskie. Wykorzystanie mikroorganizmów jako biofabryk do dostarczania optymalnego odżywiania dotyczyć może nie tylko przyszłych mieszkańców stacji kosmicznych, ale także ludzi na Ziemi, gdzie kompleksowe odżywianie i zapobieganie chorobom jest jednym z wyzwań ludzkości.

Kosmos wraca do łask

Kosmos ponownie staje się źródłem fascynacji, zarówno w badaniach naukowych, jak i w rzeczywistych działaniach. Polska zyskuje coraz większe znaczenie na międzynarodowej arenie kosmicznej, a zainteresowanie eksploracją wszechświata rośnie. To czas, w którym kolejne pokolenia mogą być zainspirowane wizją podróży w kosmos, marząc o odkrywaniu nowych światów.

Publikacja, którą polecamy Państwa uwadze to historia o niezwykłej zdolności życia do adaptacji i przetrwaniu, nawet w miejscach, gdzie wydaje się to absolutnie niemożliwe. To również próba odpowiedzi na pytanie: jak trudno jest przenieść życie z naszej planety na inne? Może jest to mały krok w mikrobiologii, ale z pewnością otworzy drzwi do dalszych badań nad przetrwaniem w kosmosie.

O pierwszym autorze publikacji Łukaszu Szydłowskim będzie jeszcze głośno, bo rozwija z sukcesami swoje umiejętności biznesowe.

Gartulujemy artykułu wszystkim autorom:

Lukasz M. Szydlowski, Alper A. Bulbul,  Anna C. Simpson, Deniz E. Kaya, Nitin K. Singh, Ugur O. Sezerman, Paweł P. Łabaj, Tomasz Kosciolek & Kasthuri Venkateswaran.

Pełną treść publikacji naukowej można przeczytać w otwartym dostępie pod adresem: https://doi.org/10.1186/s40168-024-01916-8