編譯 舒愉棉

鑒別出能夠在外太空存活的地球微生物能夠幫助科學(xué)家在未來的空間飛行任務(wù)以及尋找外星生命的航行中消滅它們。

身著無菌服的技術(shù)人員正在對(duì)好奇號(hào)火星探測(cè)器進(jìn)行試駕檢查。出于地球微生物對(duì)火星可能會(huì)造成污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)考慮，好奇號(hào)的火星之旅在2012年至2016年間曾數(shù)次延期

在1971年上映的科幻驚悚片《人間大浩劫》中，一顆美國(guó)軍用衛(wèi)星Scoop VII號(hào)墜落在新墨西哥州的皮德蒙特高原的一個(gè)偏僻的小鎮(zhèn)上，衛(wèi)星所載外星微生物幾乎殺死了小鎮(zhèn)上的所有人，影片中的科學(xué)家手忙腳亂地對(duì)微生物的入侵進(jìn)行控制、對(duì)其特性進(jìn)行鑒定并阻止其對(duì)人類造成毀滅。也許上述的一幕在現(xiàn)實(shí)生活中顯得有些遙遠(yuǎn)，在現(xiàn)實(shí)生活中，美國(guó)宇航局（NASA）、各國(guó)太空署以及全球?qū)W術(shù)研究機(jī)構(gòu)的研究人員一直以來都致力于確保：帶回小行星或彗星樣本的飛船不會(huì)像電影中的衛(wèi)星一樣帶回來不該帶的外星生物。與此同時(shí)，他們也在研究如何杜絕抗性極強(qiáng)的細(xì)菌搭上地球發(fā)出的便車，一同前往火星、土星和木星的衛(wèi)星、太陽(yáng)系的其他星球。

“地球充滿了細(xì)菌，正如字面意思一樣，我們完全就是‘沐浴’在細(xì)菌之中”，來自東卡羅萊納大學(xué)的天體生物學(xué)與空間污染專家約翰·魯梅爾（John Rummel）在接受《科學(xué)家》雜志采訪時(shí)說道，“行星保護(hù)這一概念指的是發(fā)射出的飛行器能夠不攜帶地球上的細(xì)菌前往到宇宙各處去，也能在返回時(shí)不帶任何外來生物回到地球來?！?/p>

科學(xué)家們首次提出對(duì)星際污染的擔(dān)憂是在1956年，也就是蘇聯(lián)向近地軌道發(fā)射人造衛(wèi)星的前一年。出于這一擔(dān)憂，1958年，國(guó)際科學(xué)聯(lián)盟理事會(huì)的下屬委員會(huì)設(shè)計(jì)了行星保護(hù)的雛形架構(gòu)，并成立了空間研究委員會(huì)（the Committee on Space Research，COSPAR）來對(duì)行星保護(hù)進(jìn)行監(jiān)管。最早的滅菌措施包括了對(duì)飛行器各部件進(jìn)行極高溫滅菌，這一措施在20世紀(jì)70年代廣泛使用，直到任務(wù)是拍攝火星表面照片和尋找生命存在的“維京”號(hào)系列探測(cè)器發(fā)射為止。

然而隨著飛行器的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，研究人員發(fā)現(xiàn)，要想在預(yù)算范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出既能夠承受住強(qiáng)度極高的滅菌措施、又能夠在探索宇宙時(shí)執(zhí)行精細(xì)任務(wù)的探測(cè)器是越來越難了。魯梅爾介紹時(shí)說到，如今COSPAR對(duì)飛行器的要求是船體攜帶細(xì)菌孢子不超過30萬，在某些任務(wù)中甚至要求不超過3萬。出于上述種種原因，滅菌凈化措施這些年來一直在不斷調(diào)整和完善，當(dāng)建造飛行器和飛船時(shí)時(shí)，不同的建造階段都會(huì)進(jìn)行攜菌檢測(cè)，從而確保不會(huì)有太多的細(xì)菌孢子依附在飛行器各部件的內(nèi)外沿上。

1975年，“維京”號(hào)火星著陸器正在飛船發(fā)射前接受短時(shí)間干燥高溫滅菌

與NASA研究人員一起共事的休斯頓大學(xué)微生物學(xué)家馬德罕·蒂魯馬萊（Madhan Tirumalai）則和另外的科學(xué)家選擇用另一種方式來幫助降低飛船的攜菌量：研究微生物從各種滅菌凈化方法（例如紫外線照射和雙氧水蒸汽）中幸存下來的原因?！凹?xì)菌孢子非常的頑強(qiáng)，”他在接受《科學(xué)家》雜志采訪時(shí)談道，“它們能夠在環(huán)境中休眠數(shù)十萬年，直到遇到合適的條件時(shí)再萌發(fā)?！?/p>

蒂魯馬萊及其研究小組在研究能夠在飛船潔凈室和國(guó)際空間站的極端環(huán)境下產(chǎn)生孢子的兩種菌株的基因組：沙福芽孢桿菌FO-36bT（Bacillus safensisFO-36bT）和短小芽孢桿菌SAFR-032（B．pumilus SAFR-032），這兩種菌株產(chǎn)生的孢子可以抵抗紫外線照射和過氧化物處理。研究小組最近在將這兩種菌株與多種不耐紫外線照射或過氧化物的芽孢桿菌以及在兩艘駛向火星的飛船發(fā)射前發(fā)現(xiàn)的沙福芽孢桿菌MERTA-8-2（B. safensisMERTA-8-2）的基因組進(jìn)行比對(duì)。目前，沙福芽孢桿菌FO-36bT的全基因組測(cè)序工作已經(jīng)完成，研究小組則開始對(duì)其基因組進(jìn)行鑒定，以期找到與細(xì)菌孢子的抗性相關(guān)的基因。

在2018年6月發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)中心·微生物學(xué)》（BMC Microbiol）上的研究論文中，蒂魯馬萊及其研究小組在沙福芽孢桿菌FO-36bT中鑒定出了9個(gè)在其他沙福芽孢桿菌菌株和短小芽孢桿菌中沒有的基因，而在美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（NCBI）的核苷酸數(shù)據(jù)庫(kù)中目前也尚無這9個(gè)基因的相關(guān)記錄。有4個(gè)基因與噬菌體相關(guān)，噬菌體是一種能夠感染細(xì)菌并將遺傳物質(zhì)插入或重組到被感染細(xì)菌基因組中的病毒，從而使得該細(xì)菌獲得抗性。蒂魯馬萊指出，下一步則是研究由這些獨(dú)特基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)，看看它們是否在孢子抗紫外線照射和過氧化物處理的特性上發(fā)揮作用。

同樣參與這一研究的德克薩斯州立大學(xué)微生物學(xué)家羅伯特·麥克林（Robert Mclean）則稱這一研究“極為精彩”，并說這一研究成果可以確保搭上宇宙飛船便車的細(xì)菌不會(huì)對(duì)宇航員造成傷害和對(duì)其他行星造成污染，從而提升未來長(zhǎng)途宇宙航行的成功率。盡管蒂魯馬萊及其研究小組尚未精確描繪出細(xì)菌孢子形成抗性的遺傳機(jī)制，麥克林在接受采訪時(shí)說道，他們已經(jīng)將范圍縮小到了幾種可能性上。現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)正在開展后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，觀察細(xì)菌孢子抗性在敲除這些基因之后是繼續(xù)存在還是消失，然后再重新將這些基因插入到基因組中看抗性是否能夠得到恢復(fù)。如果這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌瓿?，那么就能鑒定出對(duì)目前已有的滅菌處理辦法產(chǎn)生抗性相關(guān)的基因和基因通路，并在接下來設(shè)計(jì)出能夠阻斷這些通路的小分子物質(zhì)，從而殺死具有抗性的孢子、進(jìn)而阻止它們?cè)谕馓辗敝场?/p>

蒂魯馬萊還指出，總會(huì)有什么能夠躲過凈化措施存活下來。如果科學(xué)家能夠鑒定出產(chǎn)生抗性的基因或者基因表達(dá)通路，除了助力宇宙污染保護(hù)外，也可以通過研究出可以將這些具有抗性的“外來”細(xì)菌鑒定出來的生物標(biāo)記物來做更多的事，比如說，如果有太空任務(wù)在其他星球發(fā)現(xiàn)了微生物生命時(shí)，這一技術(shù)就能幫助研究人員確定所發(fā)現(xiàn)的微生物的確來自地球之外?！爱?dāng)然，我們需要掌握相關(guān)背景”，蒂魯馬萊強(qiáng)調(diào)，“只有這樣，研究人員才能將疑似外來生物與地球生物區(qū)別開來?！?/p>

資料來源 The Scientist