Салат-латук и другие листовые зеленые овощи являются частью здорового, сбалансированного рациона — даже для астронавтов, находящихся в полете.

Прошло более трех лет с тех пор, как Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства включило выращенный в космосе салат-латук в меню астронавтов на борту Международной космической станции. Помимо основных продуктов космического рациона, таких как мучные лепешки и молотый кофе, астронавты могут перекусить салатом, выращенным в контрольных камерах на борту МКС, которые обеспечивают идеальную температуру, количество воды и света, необходимые растениям для созревания.

Но есть проблема. На Международной космической станции много патогенных бактерий и грибков. Многие из этих болезнетворных микробов на МКС очень агрессивны и могут легко колонизировать ткани салата-латука и других растений. Как только люди едят салат-латук, пораженный кишечной палочкой или сальмонеллой, они могут заболеть.

Учитывая, что НАСА и частные компании, такие как SpaceX, ежегодно вкладывают миллиарды долларов в освоение космоса, некоторые исследователи обеспокоены тем, что вспышка заболеваний пищевого происхождения на борту Международной космической станции может сорвать миссию.

В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports и в npj Microgravity, исследователи из Университета Делавэра выращивали салат-латук в условиях, имитирующих невесомость на борту Международной космической станции. Растения — мастера восприятия силы тяжести, и они используют корни, чтобы найти ее. Растения, выращенные в UD, подвергались воздействию имитированной микрогравитации путем вращения. Исследователи обнаружили, что растения в условиях искусственной микрогравитации на самом деле более подвержены инфекциям, вызываемым патогеном человека — сальмонеллой.

Устьица, крошечные поры в листьях и стеблях, которые растения используют для дыхания, обычно закрываются, чтобы защитить растение, когда оно чувствует поблизости стрессовый фактор, такой как бактерии, сказал Ноа Тотслайн, выпускник факультета наук о растениях и почве Калифорнийского университета, который закончил свою аспирантуру в декабре. Когда исследователи добавили бактерии в салат-латук в рамках моделирования микрогравитации, они обнаружили, что листовая зелень широко раскрывает свои устьица вместо того, чтобы закрывать их.

Тот факт, что они оставались открытыми, когда мы подвергали их тому, что могло бы показаться стрессом, был действительно неожиданным «.

Ноа Тотслайн, выпускник факультета наук о растениях и почве Университета Калифорнии

Тотслайн, ведущий автор обеих работ, работал с профессором биологии растений Харшем Байсом, а также с профессором микробиологической безопасности пищевых продуктов Кали Книэл и Чандраном Сабанаягамом из Института биотехнологии штата Делавэр. Исследовательская группа использовала устройство под названием клиностат для вращения растений со скоростью вращения курицы-гриль на вращателе.

«По сути, растение не знало бы, какой путь лежит вверх или вниз», — сказал Тотслайн. «Мы немного сбивали с толку их реакцию на гравитацию».

По словам Тотслайна, это была не настоящая микрогравитация, но она помогла растениям потерять чувство направленности. В конечном итоге исследователи обнаружили, что, по-видимому, сальмонелла легче проникает в ткани листьев в условиях имитируемой микрогравитации, чем в типичных условиях на Земле.

Кроме того, Bais и другие исследователи UD продемонстрировали использование бактерий-помощников под названием B. subtilis UD1022 для стимулирования роста растений и их устойчивости к патогенам или другим стрессовым факторам, таким как засуха.

Они добавили UD1022 к моделированию микрогравитации, которое на Земле может защитить растения от сальмонеллы, думая, что это может помочь растениям бороться с сальмонеллой в условиях микрогравитации.

Вместо этого они обнаружили, что бактерия фактически не смогла защитить растения в условиях, подобных космическим, что может быть связано с неспособностью бактерий вызвать биохимический ответ, который заставил бы растение закрыть свои устьица.

«Неспособность UD1022 закрывать устьица в условиях имитируемой микрогравитации является одновременно удивительной и интересной и открывает еще одну банку с червями», — сказал Байс. «Я подозреваю, что способность UD1022 препятствовать закрытию устьиц при моделировании микрогравитации может подавить растение и сделать растение и UD1022 неспособными общаться друг с другом, помогая сальмонелле проникать в растение».

Патогены пищевого происхождения на борту Международной космической станции

Микробы есть повсюду. Эти микробы находятся на нас, на животных, в пище, которую мы едим, и в окружающей среде.

Естественно, что профессор микробиологической безопасности пищевых продуктов Калифорнийского университета Кали Книель сказала, что где бы ни находились люди, существует вероятность сосуществования бактериальных патогенов.

По данным НАСА, на Международной космической станции одновременно живут и работают около семи человек.

Это не самая тесная среда обитания -; размером примерно с дом с шестью спальнями -; но это все равно то место, где микробы могут сеять хаос.

«Мы должны быть готовы к рискам в космосе и снизить их для тех, кто живет сейчас на Международной космической станции, и для тех, кто может жить там в будущем», — сказал Книл. «Важно лучше понять, как бактериальные патогены реагируют на микрогравитацию, чтобы разработать соответствующие стратегии смягчения последствий».

Книель и Байс имеют долгую историю объединения своих предметных областей микробиологической безопасности пищевых продуктов и биологии растений для изучения патогенов человека на растениях.

«Чтобы наилучшим образом разработать способы снижения рисков, связанных с загрязнением листовой зелени и других продуктов питания, нам необходимо лучше понимать взаимодействие патогенов человека с растениями, выращиваемыми в космосе», — сказал Книл. «И лучший способ добиться этого — использовать междисциплинарный подход».

Растущее население Земли увеличивает потребность в безопасной пище в космосе

Возможно, пройдет некоторое время, прежде чем люди смогут жить на Луне или Марсе, но исследования UD имеют серьезные потенциальные последствия для совместного проживания в открытом космосе.

Согласно докладу Организации Объединенных Наций, на Земле может проживать 9,7 миллиарда человек в 2050 году и 10,4 миллиарда человек в 2100 году.

Кроме того, Байс, профессор биологии растений Калифорнийского университета, сказал, что безопасность пищевых продуктов уже достигла пика во всем мире. С течением времени сельскохозяйственные угодья, предназначенные для выращивания продуктов питания, «скоро люди всерьез задумаются об альтернативных местах обитания», — сказал он. «Это больше не выдумка».

И, по-видимому, все чаще Центры по контролю и профилактике заболеваний или Управление по контролю за продуктами и лекарствами США отзывают определенные сорта салата на Земле, призывая людей не есть его из-за риска заражения кишечной палочкой или сальмонеллой.

Поскольку листовая зелень является предпочтительной пищей для многих астронавтов и ее легко выращивать в закрытых помещениях, таких как гидропоника на Международной космической станции, Байс сказал, что важно убедиться, что эта зелень всегда безопасна в употреблении.

«Вы же не хотите, чтобы вся миссия провалилась только из-за нарушения безопасности пищевых продуктов», — сказал Байс.

Решения: стерилизованные семена и улучшенная генетика

Итак, если растения в условиях микрогравитации шире открывают свои устьица и позволяют бактериям легко проникать внутрь, что можно сделать?

Оказывается, ответ не так прост.

«Начинать со стерилизованных семян — это способ снизить риск попадания микробов на растения», — сказал Книэль. «Но тогда микробы могут находиться в космической среде и таким образом попасть на растения».

Баис сказал, что ученым, возможно, потребуется изменить генетику растений, чтобы они не могли шире раскрывать устьица в космосе. В его лаборатории уже отбирают различные сорта салата-латука с разной генетикой и оценивают их в условиях имитируемой микрогравитации.

«Если, например, мы найдем тот, который закрывает устьица, по сравнению с другим, который мы уже протестировали, который открывает устьица, тогда мы можем попытаться сравнить генетику этих двух разных сортов», — сказал Байс. «Это вызовет у нас множество вопросов о том, что меняется».

Любые ответы, которые они найдут, могут помочь предотвратить будущие проблемы с рукколой.

Исследование, имитирующее микрогравитацию, способствует проникновению сальмонеллы в устьицу салата и подавляет биоконтрольный агент, а также микрогравитацию и уклонение от врожденного иммунитета растений бактериальными патогенами человека, финансировалось NASA-EPSCoR.