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Protéger l'eau potable pour les missions de vol spatial


De toute évidence, l’univers au-delà de la Terre est un espace vaste, solitaire et stérile. Pourtant, partout où les humains peuvent voyager, une abondance de vie microbienne suivra.

Dans une première étude du genre, l’auteur principal Jiseon Yang de l’Arizona Condition College Biodesign Institute, Center for Essential and Applied Microbiomics, et ses collègues ont caractérisé différentes populations bactériennes isolées au fil du temps de l’eau potable (potable) de la Station spatiale internationale (ISS ).

Alors que la surveillance historique du système d’eau potable de l’ISS s’est concentrée sur l’identification des espèces microbiennes présentes à la fois par des méthodes dépendantes de la society et indépendantes (séquençage du génome), il est difficile pour les seules approches d’identification microbienne de prédire fidèlement la fonction des communautés microbiennes. Il est essentiel de comprendre la fonction microbienne pour préserver l’intégrité des systèmes de survie des engins spatiaux essentiels à la mission et la santé des astronautes.



L’étude actuelle de Yang et de son équipe a examiné les propriétés fonctionnelles clés des isolats bactériens d’origine hydrique du système d’eau potable de l’ISS qui ont été collectés au cours de nombreuses années. Le but de cette étude était d’élargir nos connaissances sur la façon dont les caractéristiques microbiennes qui sont importantes pour la santé des astronautes et l’intégrité de l’habitat spatial peuvent changer au cours d’une exposition de longue durée à l’environnement de microgravité des vols spatiaux. Il s’agit d’un problème important à résoudre, vehicle il a été démontré que les adaptations microbiennes à la microgravité modifient considérablement les caractéristiques bactériennes, y compris leur capacité à previous des agrégats bactériens denses connus sous le nom de biofilms dans le système d’eau potable de l’ISS qui pourraient menacer le succès de la mission.

Les recherches sur la fonction et le comportement des populations microbiennes mixtes gagnent du terrain dans la communauté scientifique, car ces styles d’études donnent un aperçu de la façon dont les micro-organismes interagissent les uns avec les autres et avec leur environnement dans des contextes pratiques. Une telle recherche peut aider à fournir des lignes directrices cruciales pour l’évaluation du risque microbien pour les systèmes aquatiques dans l’espace ainsi que sur Terre.



“Les interactions polymicrobiennes sont complexes et peuvent ne pas être stables dans le temps », explique Yang. « Notre étude fournit des analyses phénotypiques approfondies d’isolats bactériens à une ou plusieurs espèces récupérés du système d’eau de l’ISS sur plusieurs années pour comprendre les interactions microbiennes à extensive terme. et l’adaptation à l’environnement de microgravité. Les résultats de notre étude pourraient améliorer les évaluations des risques microbiens des environnements construits par l’homme dans l’espace et sur Terre. »

Yang est rejoint par les collègues de l’ASU Jennifer Barrila, Olivia King et Cheryl Nickerson, qui ont dirigé l’équipe Biodesign, ainsi que les co-auteurs Robert JC McClean de la Texas State University, et Mark Ott et Rebekah Bruce du NASA Johnson Place Middle, Houston.

Les découvertes du groupe apparaissent dans le numéro actuel de la revue npj Biofilms and Microbiomes.

Le liquide de la vie

L’eau est une material vitale et indispensable, sur Terre et dans l’espace. Pendant les vols spatiaux, un approvisionnement en eau propre est essentiel pour la boisson et l’hygiène de base, mais les défis de l’approvisionnement fiable des astronautes sont redoutables, chaque goutte étant soigneusement gérée.

Selon la NASA, sans la possibilité de recycler l’eau sur l’ISS, il faudrait transporter environ 40 000 livres d’eau par an depuis la Terre pour réapprovisionner seulement quatre membres d’équipage à un coût exorbitant pendant toute la durée de leur séjour à bord de l’ISS.

Le système de purification de l’eau de l’ISS, connu sous le nom de système de contrôle de l’environnement et de maintien de la vie, est utilisé pour nettoyer les eaux usées selon un processus en trois étapes. Après une première filtration pour éliminer les particules et les débris, l’eau traverse des lits de multifiltration contenant des substances qui éliminent les impuretés organiques et inorganiques. Enfin, un réacteur d’oxydation catalytique élimine les composés organiques volatils et tue les micro-organismes.

Bien que des systèmes sophistiqués de survie de ce form soient conçus pour empêcher la contamination de cette ressource vitale, les communautés bactériennes ont fait preuve d’une énorme ingéniosité pour contrecarrer de nombreuses mesures préventives, certaines formant des biofilms dans tout le système de récupération d’eau de l’ISS.

Dans la présente étude, l’activité microbienne a été examinée dans les isolats bactériens archivés par la NASA et collectés dans le système d’eau potable de l’ISS sur plusieurs années. Les espèces bactériennes ont été profilées pour la résistance aux antibiotiques, la construction et la composition du biofilm, le métabolisme et l’hémolyse (capacité à lyser les globules rouges).

Minuscule et déterminé

Malgré la petite taille des bactéries individuelles, qui ne peuvent pas être vues à l’œil nu, elles sont une drive avec laquelle il faut compter. En in addition de leurs capacités individuelles à provoquer une gamme de maladies infectieuses chez l’homme, les bactéries s’agglutinent souvent sur les surfaces pour previous des agrégats multispécifiques denses appelés biofilms, qui sont intrinsèquement résistants à l’élimination par les antimicrobiens.

Les biofilms bactériens ont un effects socio-économique mondial majeur et causent une myriade de problèmes sanitaires et industriels, entraînant des pertes économiques annuelles de plusieurs milliards de pounds sur Terre. Ces problèmes comprennent l’encrassement des lignes de traitement du pétrole et des produits chimiques, l’encroûtement des stents médicaux invasifs, la cause de maladies infectieuses et la contamination des ressources en eau. De plus, les biofilms peuvent également provoquer une corrosion agressive sur une significant gamme de matériaux, y compris la capacité de dégrader l’acier inoxydable, qui est le matériau utilisé dans le système d’eau de l’ISS.

Pour ces raisons, le contrôle des bactéries dans les écosystèmes microbiens complexes et la gestion de la development de biofilms sont des défis vitaux, rendus particulièrement aigus lors des vols spatiaux.

À bord de l’ISS, le système de récupération d’eau de la NASA génère en continu de l’eau potable à partir d’urine recyclée, d’eaux usées et de condensation par distillation, filtrations, oxydation catalytique et traitement à l’iode.

Malgré ces endeavours, l’analyse en vol d’échantillons d’eau du système d’eau potable de l’ISS a montré des niveaux microbiens qui dépassent les spécifications de la NASA pour l’eau potable. Les sources de cette contamination sont principalement dues à la flore environnementale intégrée dans le système d’eau lui-même.

Une gestion des risques vertigineuse

Bien que bon nombre des mêmes microbes trouvés dans l’eau potable sur Terre se retrouvent également dans les échantillons de l’ISS, on craint que l’environnement spatial n’agisse pour accroître les menaces potentielles que ces organismes posent dans cet environnement exclusive. Les disorders de microgravité sont particulièrement intéressantes, dont les membres de ce même groupe de recherche ont déjà montré qu’elles peuvent améliorer la virulence et la résistance au tension de certains microbes infectieux, modifier leurs profils d’expression génique et encourager la development de biofilm.

À ces problèmes s’ajoute le fait que les astronautes souffrent d’aspects de suppression immunitaire en passant du temps dans l’environnement spatial, ce qui les rend potentiellement plus vulnérables aux infections par des micro-organismes.

Les résultats de la présente étude ont indiqué que les isolats bactériens d’origine hydrique de l’ISS présentaient une résistance à plusieurs composés antimicrobiens, y compris les antibiotiques, ainsi que des modèles distincts de development de biofilm et d’utilisation du carbone. De moreover, l’un des isolats bactériens, connu sous le nom de Burkholderia, a présenté une activité hémolytique, le désignant comme un microbe potentiellement préoccupant pour la santé des astronautes.

L’observation des interactions entre les espèces bactériennes dans cette étude a également révélé des modèles de comportement distincts, dont certains dépendaient du fait que les échantillons avaient été collectés au cours de la même année ou au cours d’années différentes, suggérant que des processus adaptatifs étaient à l’œuvre au fil du temps dans la microgravité. environnement. Il est essential de noter que les phénotypes dynamiques observés dans cette étude polymicrobienne n’auraient pas été entièrement prédits en utilisant uniquement les technologies de séquençage.

Les résultats de cette étude aideront à surmonter les formidables défis liés à l’approvisionnement en eau potable pour les missions de vol spatial, en particulier celles de as well as longue durée. En outre, cette étude peut fournir des informations pour améliorer la fonctionnalité des systèmes hydrauliques artificiels sur Terre pour le bénéfice industriel et la sécurité du grand public.