国际空间站环境病原体基因组研究：揭示超级细菌的进化与威胁

国际空间站（ISS）极端环境可能加速病原体进化，威胁宇航员健康。研究人员通过比较ISS与地球细菌基因组的抗菌素耐药基因（ARGs）和毒力因子（VFs），发现ISS菌株携带更多防御相关基因（如CRISPR-Cas系统）和独特毒力机制（如金属离子摄取）。该研究为空间站微生物监测和长期太空任务感染防控提供关键依据，发表于《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》。

　　

在人类探索宇宙的征程中，国际空间站（ISS）作为长期驻留的太空前哨，其封闭、高辐射、微重力的极端环境正悄然改变着微生物的生存策略。更令人担忧的是，由于航天器技术故障频发，宇航员被迫延长驻留时间，免疫系统在太空压力下逐渐削弱，而空间站内的病原体却可能进化出更强的耐药性和毒力——这种"此消彼长"的态势，让太空感染风险成为深空探索的隐形杀手。

为揭示这一威胁，研究人员对ISS分离的13种病原体（包括大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等）开展基因组比对研究。通过NASA开放科学数据仓库和NCBI数据库获取22株ISS菌株及22株地球对照菌的全基因组序列，运用FastANI筛选近缘菌株，采用SPAdes进行基因组组装，QUAST和BUSCO评估质量。通过Prokka注释基因功能，ABRicate分析ARGs和VFs，并构建16S rRNA系统发育树。

基因组防御机制显差异

研究发现ISS分离的路德维希肠杆菌（E. ludwigii）和癌肠杆菌（E. cancerogenus）携带显著更多的防御相关基因（COG V类），分别达114和112个。其中CRISPR-Cas系统组件（如cas1、cas3f等）在ISS菌株中尤为突出，提示太空环境可能激活细菌的"基因组免疫系统"。

耐药谱系呈现环境特异性

尽管地球菌株总体ARGs更多（435 vs 380），但ISS菌株展现出独特耐药模式。例如ISS金黄色葡萄球菌携带PC1、ant(9)-Ia等特有耐药基因，而癌肠杆菌ISS株则具有ACT-146、oqxA/B等地球株缺失的基因。值得注意的是，两类环境均以氟喹诺酮类耐药基因为主（占比13.4-13.7%），且外排泵机制占主导（ISS占67.9%）。

毒力因子的太空进化

毒力分析揭示ISS菌株存在环境适应性改变。显著案例包括：Pantoea conspicua携带hcp/tssD等Ⅵ型分泌系统（T6SS）基因，肺炎克雷伯菌获得完整的耶尔森菌素（yersiniabactin）铁载体系统（含ybtA-X等11个基因），这些改变可能增强其在低营养太空环境中的生存优势。

讨论指出，ISS的极端条件（如宇宙辐射、微重力）与地球环境差异，可能通过激活原噬菌体（如gp18、gp36等COG X类基因）促进水平基因转移（HGT），加速耐药性和毒力进化。研究强调需建立定期空间站微生物基因组监测体系，这对保障长期月球/火星任务至关重要。

该成果由Sara Pearl等发表于《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》，不仅揭示了太空环境对微生物的塑造作用，更为未来地外生命研究提供了方法论范式。随着商业航天兴起，这项研究对防范"太空超级细菌"传入地球生物圈也具有前瞻性意义。