Mikrograwitacja, mikrobiota i gęstość kości

Myszy-astronauci, choć nie są tak obecne w mediach, jak onegdaj pies Łajka, biorą udział w wielkim programie badawczym NASA dążącym do ustalenia oceny wpływu mikrograwitacji na homeostazę kości.

Program ma na celu znalezienie sposobów na złagodzenie skutków długich podróży kosmicznych. Loty kosmiczne wiążą się z zaburzeniami w tworzeniu kości i ich zwiększoną resorpcją.

Ostatnie badania wykazały związek między zmianami w mikrobiocie jelitowej a chorobami kości, takimi jak osteoporoza, ze względu na ich wpływ na układ odpornościowy, gospodarkę hormonalną, niedobory witamin i składników odżywczych, a także przemianę materii za pośrednictwem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA). Aby lepiej zrozumieć mechanizmy związane ze zdrowiem kości, w ramach misji Rodent Research 5 oceniono wpływ mikrograwitacji na mikrobiotę jelit oraz jamy ustnej 20 samic myszy, które przebywały 4,5 (10 gryzoni) lub 9 tygodni (10 gryzoni) w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Odpowiada to kilkuletniemu pobytowi w kosmosie Neila Armstronga, ponieważ średnia długość życia człowieka jest 30 do 40 razy dłuższa niż tych małych gryzoni.

Skutki długiej podróży kosmicznej

Po upływie 4,5 tygodnia w kosmosie różnorodność mikrobioty gryzoni zasadniczo pozostała porównywalna do tej należącej do 20 gryzoni z grupy kontrolnej, które przebywały w identycznych warunkach na Ziemi (jedyną różnicą był brak mikrograwitacji). Jednak kiedy pobyt w ISS był wydłużony (9 tygodni), różnorodność mikrobioty jelitowej wzmożyła się, liczebność względna bakterii typu Firmicutes wzrosła, a bakterii rodzaju Bacteroidetes zmalała. Długi pobyt w przestrzeni kosmicznej w szczególności doprowadził do wzbogacenia mikrobioty w Lactobacillus murinus (bakterie typu Firmicutes) oraz w Dorea sp. w porównaniu z pobytem wynoszącym 4,5 tygodnia. 
Co więcej, u gryzoni, które spędziły w kosmosie 9 tygodni (w porównaniu z tymi, które pozostały na Ziemi), zaobserwowano pobudzenie szlaków metabolicznych związanych z produkcją kwasu mlekowego, jabłkowego i masłowego, a także glutationu oraz takich aminokwasów, jak leucyna i izoleucyna.

Związki z gęstością kości

Metabolity te nie pozostają jednak bez związku z mineralną gęstością kości gryzoni. Na przykład glutation sprzyja przeżyciu prekursorów osteoblastów, a więc i odbudowie kości, a leucyna i izoleucyna, 2 aminokwasy rozgałęzione, są aktywnie wchłaniane do osteoblastów w procesie tworzenia tkanki chrzęstnej (chrodogenezie). 
Stąd już dzieli nas tylko krok od wniosku, że w warunkach mikrograwitacji i przy degradacji kości mikrobiota oraz organizm myszy starają się skompensować utratę gęstości kości. Naukowcy jednak powstrzymują się od wykonania tego kroku, dopóki nie zostaną przeprowadzone badania mechanistyczne, które rzeczywiście potwierdzą te hipotezy. Korzyści jednak mogą być znaczące: znalezienie potencjalnych sposobów leczenia, na przykład za pomocą bakterii probiotycznych sprzyjających zachowaniu zdrowych kości, które mogłyby pomóc astronautom w zachowaniu dobrego zdrowia w przestrzeni kosmicznej… a także zwykłym Ziemianom cierpiącym na osteopenię czy osteoporozę.