作為地球上最大的生物類群,微生物被譽為“地球之王”,在地球上已存在35億年,在生物圈和地球物質迴圈中發揮著重要作用。
隨著人類航天技術發展,地球上的微生物也登上了太空。強輻射、微重力、弱磁場、高真空、極度溫差、高能粒子輻射等極端特殊的太空環境,可以誘導微生物產生基因突變,進而影響微生物的生物學性狀和功能。
為了讓從太空歸來的微生物為人類造福,“空間微生物學”正方興未艾。據我國空間微生物學家劉長庭教授介紹,微生物體積小、培養條件簡單、相對於高等生物在空間特殊環境下更易變異。空間環境誘變微生物,在一定程度上豐富了微生物菌種資源;研究微生物對空間環境的響應,有利於微生物技術的發展。
作為我國空間微生物學開拓者和奠基人,自1997年以來,劉長庭帶領團隊開展空間生物醫學研究,先後進行了神舟八、九、十、十一號飛船,天宮一號飛船、天宮二號空間實驗室微生物搭載任務,進行了眾多開拓性研究。截至目前,已獲得國家專利23項,實用新型和外觀設計專利7項,並建立了空間微生物資料中心。
在劉長庭等一批科學家共同努力下,我國空間微生物學取得長足進展。與此同時,我國空間微生物應用技術也邁出了可喜步伐,太空啤酒、太空酸奶、太空化妝品等紛紛面世。
北京富樂頓空間生物研究院與劉長庭團隊合作,透過對空間酵母菌進行篩選育種,成功獲得多株效能優良的突變菌株,能在高溫和低溫中發酵,可用於啤酒、葡萄酒、果酒釀造工業的釀酒酵母。
經過多年培育,一種可釀造啤酒的葡萄酒發酵酵母今年已投入生產、成功上市。這款用“空間啤酒酵母”生產的“太空啤酒”,能有效縮短啤酒釀造的時間、改善啤酒風味,在啤酒特有的清爽中,含有丁香花的香氣。針對單一純種酸奶發酵劑,該公司還成功篩選出了“空間羅伊氏乳桿菌”,也正在進行產業化前期準備。
2013年,伽藍集團與中國航天合作,透過神舟十號搭載科研專案進入“太空實驗室”,成功開發出“太空酵母”,並運用這種酵母開發出“太空化妝品”,可有效修護太空微重力、強輻射等極端環境引起的航天員肌膚加速衰老,促進基底源生蛋白和彈性蛋白大量生成,提高航天員肌膚自我修護能力。目前,伽藍集團成功研發的多款航天員專用清潔、護膚、化妝用品,已搭載天舟二號貨運飛船送到了中國空間站,供航天員們日常使用。
利用搭載進行“太空藥”的研製,也成為我國製藥企業關注的熱點。近年來進行的空間生命飛行實驗表明:某些具有醫學價值的細胞因子和細胞代謝產物,在微重力環境下呈現高濃度分泌,展示了空間細胞培養在生物醫學及商業等方面的廣闊前景。
經過多年研究,劉長庭教授還發現了空間環境下病原微生物遺傳變異規律,提出空間微生物毒力突變致病理論。透過“神舟”系列飛船搭載,篩選鑑定出118株空間環境變異毒株,並在國內外首次發現空間誘變的肺炎克雷伯菌出現罕見的溶血現象。
他帶領團隊經過深入研究,初步研究揭示了空間環境對病原菌的作用效應和分子機制,特別是致病性和耐藥性的變化和產生機制,為空間和地面上難治性感染提供了新思路和新靶點;提出空間微生物代謝通路改變相關的製藥理論,為空間生物製藥奠定了理論基礎。
“載人航天是人類認識宇宙、拓展生存空間、開發太空資源的偉大實踐。隨著人類開展太空活動增加和空間搭載技術成熟,充分利用空間環境對微生物的多種影響,未來我們可以讓更多從太空歸來的微生物大顯身手,為造福人類。”劉長庭說。(記者張建松)