Největší hrozbou na Marsu nemusí být jen prostředí, ale i bakterie, které si přivezeme ze Země

Ať už jedeme do školy, do práce, na dovolenou nebo kamkoliv jinam, nikdy necestujeme sami. Každý člověk je nositelem obrovského množství bakterií, hub a dalších mikroorganismů, které společně tvoří lidský mikrobiom. Při budoucích výpravách na Měsíc, Mars i do vzdálenějších částí Sluneční soustavy se proto do vesmíru nevydají jen astronauti, ale také jejich mikroskopičtí společníci.

Právě otázkou, jak dobře mohou pozemské mikroorganismy přežívat v extrémních mimozemských podmínkách a jaké riziko mohou představovat pro lidské posádky, se zabývá disertační práce Tommasa Zaccarii z nizozemské Radboudovy univerzity.

Jeho výzkum se zaměřil nejen na schopnost mikrobů přežít podmínky připomínající Mars, ale také na zdravotní rizika spojená s měsíčním a marsovským prachem a na účinnost pravidel, která mají zabránit biologické kontaminaci jiných světů.

Souhra extrémů

V první části práce vědci zkoumali čtyři známé lidské patogeny, mezi nimi i bakterii způsobující zápal plic. Mikroorganismy vystavili několika faktorům, které panují na povrchu Marsu – extrémně nízkému atmosférickému tlaku, suchu, intenzivnímu ultrafialovému záření a vysoce koncentrovaným solným roztokům obsahujícím toxické perchloráty.

Když vědci zkoumali jednotlivé faktory odděleně, ukázalo se, že některé bakteriální kmeny jsou překvapivě odolné. Bez přístupu k vodě například dokázaly přežít až šestnáct dní. Právě takové výsledky často přitahují pozornost médií a mohou vyvolávat dojem, že život by na Marsu mohl přetrvávat mnohem snáz, než se ve skutečnosti zdá.

Ve skutečnosti ale žádný z těchto faktorů nepůsobí na Marsu samostatně. Povrch rudé planety kombinuje extrémní sucho, intenzivní ultrafialové záření, velmi řídkou atmosféru i toxické perchloráty, které na mikroorganismy útočí současně. Když vědci vystavili bakterie této kombinaci vlivů, jejich odolnost se dramaticky snížila – místo šestnácti dnů přežily přibližně jediný den.

Regolit jako nečekané útočiště

Výzkum přesto odhalil jeden překvapivý detail. Simulovaný marťanský regolit mohl některým bakteriím poskytnout určitou ochranu. Podle Zaccarii vytvářejí ostré a nepravidelné částice regolitu drobná zákoutí, kde se může udržet stopové množství vody a kde jsou mikroorganismy částečně chráněny před intenzivním ultrafialovým zářením.

Stejný materiál však zároveň obsahuje perchloráty, které jsou pro živé organismy toxické. Regolit tak představuje prostředí, které může krátkodobě pomáhat přežití, ale z dlouhodobého hlediska zůstává pro mikroorganismy velmi nepřátelské.

Extrémní prostředí mění i bakterie

Jedním z nejzajímavějších zjištění práce je skutečnost, že bakterie reagující na extrémní podmínky Marsu mění svůj vzhled a fungování. Některé buňky se například výrazně zmenšily.

Když vědci následně tyto bakterie vystavili lidským imunitním buňkám, konkrétně periferním mononukleárním buňkám krve, ukázalo se, že imunitní systém na ně reaguje podstatně slaběji. Obranné buňky vytvářely méně cytokinů i reaktivních forem kyslíku, tedy látek, které běžně slouží k ničení bakteriálních vetřelců.

Výsledky naznačují, že mikroorganismy přizpůsobené extrémnímu prostředí Marsu by mohly být pro astronauty paradoxně ještě nebezpečnější než jejich běžné pozemské formy. Podobné fyziologické změny totiž mohou bakteriím pomoci částečně unikat pozornosti lidského imunitního systému.

To nejnebezpečnější může být pod nohama

Druhá část disertační práce Tommasa Zaccarii se zaměřila na jiný problém budoucích kosmických misí – jemný prach na povrchu Měsíce a Marsu.
Vědci použili laboratorní simulanty měsíčního i marťanského regolitu a zkoumali jejich účinky na lidské buňky vystýlající dýchací cesty i na laboratorní myši. Výsledky potvrdily, že vdechování tohoto prachu představuje významnou zdravotní zátěž.

Buňky vykazovaly známky lokálního zánětu, zvýšila se aktivita neutrofilů – bílých krvinek reagujících na poškození tkáně – a zároveň se aktivovaly geny spojené s tvorbou hlenu i vznikem plicní fibrózy. Právě tyto změny mohou představovat první krok k rozvoji chronických onemocnění dýchací soustavy.

Zajímavé je, že simulovaný měsíční prach se ukázal být ještě škodlivější než simulovaný marťanský prach obsahující perchloráty. Výsledky tak navazují na zkušenosti astronautů programu Apollo, kteří po pobytu na Měsíci popisovali podráždění dýchacích cest přezdívané „měsíční senná rýma“.

Dokážeme ochránit jiné světy?

Poslední část výzkumu se věnovala takzvané planetární ochraně, tedy souboru opatření, jejichž cílem je zabránit tomu, aby kosmické sondy zavlekly pozemské organismy na jiné světy.

Zaccaria zkoumal, jak dobře dokážou různé eukaryotické mikroorganismy přežívat podmínky, které by panovaly během letu k ledovým měsícům Jupiteru nebo Saturnu. Ukázalo se, že mimořádně odolné jsou především některé kvasinky.

Transkriptomická analýza odhalila jeden z mechanismů jejich přežívání. Například druh Rhodotorula frigidalcoholis dokáže dočasně zastavit svůj buněčný cyklus a soustředit energii především na opravy poškozené DNA. Díky tomu přežívá extrémní podmínky lépe než řada jiných mikroorganismů.

Autor práce zároveň upozorňuje na určité omezení experimentů. Stejně jako v případě bakterií byly jednotlivé stresové faktory testovány převážně postupně, nikoli současně. Takové uspořádání proto nemusí plně odpovídat skutečným podmínkám během kosmických misí.

Stejným způsobem jsou však dnes testovány i postupy planetární ochrany, což naznačuje, že současné protokoly by měly být rozšířeny tak, aby zohledňovaly i mimořádně odolné organismy, například právě některé druhy kvasinek.

Odolnější, než jsme čekali

Disertační práce Tommasa Zaccarii ukazuje, že hranice života jsou složitější, než by se mohlo zdát. Přestože kombinace marťanských podmínek je pro většinu bakterií extrémně nepříznivá, některé mikroorganismy dokážou jednotlivé překážky překonat, a navíc se při tom mění způsobem, který může komplikovat obranu lidského organismu. Současně se ukazuje, že samotné prostředí Měsíce a Marsu může představovat významné zdravotní riziko pro astronauty.

Podobné výzkumy budou stále důležitější s tím, jak se lidstvo připravuje na dlouhodobé mise mimo Zemi. Lepší pochopení toho, jak se naši mikroskopičtí společníci chovají v extrémních podmínkách, pomůže nejen chránit budoucí kosmické posádky, ale také zabránit nechtěné kontaminaci jiných světů a lépe pochopit samotné limity života.