北京理工大学团队在中国空间站舱内微生物溯源研究中取得重要进展


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北京理工大学张莹教授团队最新发表在微生物组学国际顶级期刊《MICROBIOME》(5年平均影响因子18.5)上的题为“Longitudinal analysis of stowaway microorganisms aboard modules and cargo spacecraft of the Chinese Space Station”的研究成果,首次全面解析了中国空间站舱源和货源微生物的长期纵向演替规律。

在轨空间站是完全封闭的受控生态系统,舱内微生物的来源、分布与演替规律直接关系到航天员健康与设备安全。空间站舱内微生物主要有三种可能的来源:舱源微生物、货源微生物和人源微生物。空间站舱内微生物溯源研究对于有针对性优化空间微生物污染防控策略具有重要的科学意义。

舱源微生物是指空间站不同舱段在制造与组装阶段残留于舱段内部、随舱体发射入轨的微生物,它们是最早进入空间站的微生物类群。在航天器设备与材料的生产、存储、使用及装配各流程中均有微生物残留。尽管发射前已实施消毒措施,但仍有部分微生物可能附着并随航天器一同入轨。货源微生物指随货船、物资及各类实验材料进入空间站的微生物,尤其是用于空间实验的动物、植物及微生物样本携带的微生物。人源微生物指航天员自身携带进入空间站的微生物。前期国际空间站的研究结果表明,空间站舱体表面的微生物群落的组成和结构没有明显的生物地理模式而是随时间发生显著变化,机组人员的微生物组对空间站环境的微生物组成有显著影响,虽已勾勒出“人源输入—舱内扩散—短期演替”的主线,但对于“舱段”(上行的实验舱)和“货物”(上行货物、实验载荷、补给包装)等潜在地面源头尚缺乏来源追踪及其在轨动态变化规律研究。

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张莹教授团队对2016年至2024年间采集的165份微生物样本进行了系统分析,样本覆盖实验舱地面总装环境、货物装载环境、载人模拟舱、试验舱以及在轨运行的中国空间站五个核心环境,揭示了舱源和货源微生物种类、丰度及其在轨舱内的演替规律。基于微生物来源追踪模型的计算结果显示:舱源微生物在空间站建造初期占比最高,达到14.02%,但随着空间站建成部署后逐渐下降;而货源微生物的占比则可高达36.89%,显示出货物上行是空间站微生物输入的主要途径之一。在轨环境中持续存在的舱源和货源微生物中,三大优势菌属分别为葡萄球菌属(Staphylococcus)、不动杆菌属(Acinetobacter)和棒状杆菌属(Corynebacterium),这三类微生物在人体和植物中均较为常见。值得注意的是,少数成功进入舱内并存活的舱源或货源微生物,其种类特征与地面环境中常见的高丰度微生物存在显著差异,表明空间站独特的环境富集了特定的微生物类群。深入分析发现,洁净室货物存储区是微生物向舱内环境转移的高风险环节,需要更严格的消杀措施。

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该研究首次定量揭示了舱源与货源微生物对中国空间站微生物群落的贡献份额及动态变化规律,填补了以往只关注人源微生物的认知空白。研究结果提示,在空间站后期运营与植物培养实验中,应重点加强对货物及包装材料的微生物管控,从源头降低在轨污染风险。这对于保障航天员健康、延长中国空间站在轨服务年限具有重要的科学指导意义。

原文链接:https://doi.org/10.1186/s40168-026-02438-1

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