Studi Meningkatkan Kekhawatiran Kesehatan bagi Astronot

Tim peneliti menemukan selada dan tanaman lain lebih rentan terhadap infeksi bakteri di luar angkasa dibandingkan di Bumi.

Selada dan sayuran berdaun hijau lainnya adalah bagian dari pola makan yang sehat dan seimbang — bahkan untuk astronot yang sedang menjalankan misi.

Sudah lebih dari tiga tahun sejak Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA) menjadikan selada yang ditanam di luar angkasa sebagai menu bagi para astronot di pesawat Stasiun ruang angkasa Internasional. Selain makanan pokok berupa tepung tortilla dan kopi bubuk, para astronot juga dapat mengunyah salad, yang ditanam dari ruang kendali di ISS yang memperhitungkan suhu ideal, jumlah air, dan cahaya yang dibutuhkan tanaman untuk tumbuh hingga dewasa. .

Tantangan Patogen di Luar Angkasa

Tapi ada masalah. Stasiun Luar Angkasa Internasional memiliki banyak bakteri dan jamur patogen. Banyak mikroba penyebab penyakit di ISS yang sangat agresif dan dapat dengan mudah menjajah jaringan selada dan tanaman lainnya. Sekali orang makan selada yang terinfeksi E. coli atau Salmonella, mereka bisa sakit.

Dengan miliaran dolar yang dikucurkan untuk eksplorasi ruang angkasa setiap tahun oleh NASA dan perusahaan swasta serupa Luar AngkasaXbeberapa peneliti khawatir bahwa wabah penyakit bawaan makanan di Stasiun Luar Angkasa Internasional dapat menggagalkan misinya.

Dalam penelitian baru yang diterbitkan di Laporan Ilmiah dan masuk npj Gayaberat Mikro, Peneliti Universitas Delaware menanam selada dalam kondisi yang meniru lingkungan tanpa bobot di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Tumbuhan ahli dalam merasakan gravitasi, dan mereka menggunakan akarnya untuk menemukannya. Tanaman yang ditanam di UD terkena simulasi gayaberat mikro melalui rotasi. Para peneliti menemukan bahwa tanaman dalam kondisi gayaberat mikro sebenarnya lebih rentan terhadap infeksi patogen manusia, Salmonella.

Stomata, pori-pori kecil pada daun dan batang yang digunakan tanaman untuk bernapas, biasanya menutup untuk melindungi tanaman ketika merasakan pemicu stres, seperti bakteri, di dekatnya, kata Noah Totsline, alumnus Departemen Ilmu Tanaman dan Tanah UD yang sedang menyelesaikan studinya. gelar sarjananya. program pada bulan Desember. Ketika para peneliti menambahkan bakteri ke selada di bawah simulasi gayaberat mikro, mereka menemukan sayuran berdaun hijau membuka stomata lebar-lebar alih-alih menutupnya.

“Fakta bahwa mereka tetap terbuka ketika kami memberi mereka sesuatu yang tampak seperti stres adalah hal yang tidak terduga,” kata Totsline.

Totsline, penulis utama kedua makalah tersebut, bekerja dengan profesor biologi tanaman Harsh Bais dan profesor keamanan pangan mikroba Kali Kniel dan Chandran Sabanayagam dari Delaware Biotechnology Institute. Tim peneliti menggunakan alat yang disebut klinostat untuk memutar tanaman dengan kecepatan ayam rotisserie pada alat pemintal.

“Akibatnya, pabrik tidak akan tahu apa yang terjadi atau apa yang terjadi,” kata Totsline. “Kami mengacaukan respons mereka terhadap gravitasi.”

Ini bukan gayaberat mikro yang sebenarnya, kata Totsline, tetapi hal ini membantu tanaman kehilangan kekuatan. Pada akhirnya, para peneliti menemukan bahwa Salmonella dapat menyerang jaringan daun dengan lebih mudah dalam simulasi kondisi gayaberat mikro dibandingkan kondisi yang umum di Bumi.

Selain itu, Bais dan peneliti UD lainnya telah mendemonstrasikan penggunaan bakteri pembantu yang disebut B. subtilis UD1022 dalam mendorong pertumbuhan dan kebugaran tanaman melawan patogen atau pemicu stres lainnya seperti kekeringan.

Mereka menambahkan UD1022 ke simulasi gayaberat mikro yang di Bumi dapat melindungi tanaman terhadap Salmonella, dan berpikir bahwa hal ini dapat membantu tanaman menangkis Salmonella dalam gayaberat mikro.

Sebaliknya, mereka menemukan bahwa bakteri tersebut gagal melindungi tanaman dalam kondisi seperti di luar angkasa, kemungkinan karena ketidakmampuan bakteri tersebut memicu respons biokimia yang akan memaksa tanaman menutup stomatanya.

“Kegagalan UD1022 menutup stomata dalam simulasi gayaberat mikro mengejutkan sekaligus menarik serta membuka peluang baru bagi cacing,” kata Bais. “Saya menduga kemampuan UD1022 untuk meniadakan penutupan stomata dalam simulasi gayaberat mikro dapat membuat tanaman kewalahan dan membuat tanaman dan UD1022 tidak dapat berkomunikasi satu sama lain, sehingga membantu Salmonella menyerang tanaman.”

Patogen Bawaan Makanan di Stasiun Luar Angkasa Internasional

Mikroba ada dimana-mana. Kuman-kuman ini ada pada kita, pada hewan, pada makanan yang kita makan, dan pada lingkungan.

Jadi wajar saja, profesor keamanan pangan mikroba UD Kali Kniel mengatakan di mana pun manusia berada, terdapat potensi bakteri patogen untuk hidup berdampingan.

Menurut NASA, sekitar tujuh orang sekaligus tinggal dan bekerja di Stasiun Luar Angkasa Internasional.

Ini bukan lingkungan yang paling sempit – kira-kira seukuran rumah dengan enam kamar tidur – namun tetap merupakan tempat di mana kuman dapat mendatangkan malapetaka.

“Kita perlu mempersiapkan dan mengurangi risiko di luar angkasa bagi mereka yang sekarang tinggal di Stasiun Luar Angkasa Internasional dan bagi mereka yang mungkin tinggal di sana di masa depan,” kata Kniel. “Penting untuk lebih memahami bagaimana bakteri patogen bereaksi terhadap gayaberat mikro untuk mengembangkan strategi mitigasi yang tepat.”

Kniel dan Bais memiliki sejarah panjang dalam menggabungkan bidang studi keamanan pangan mikroba dan biologi tanaman untuk mempelajari patogen manusia pada tanaman.

“Untuk mengembangkan cara terbaik mengurangi risiko yang terkait dengan kontaminasi sayuran hijau dan komoditas lainnya, kita perlu lebih memahami interaksi antara patogen manusia pada tanaman yang ditanam di luar angkasa,” kata Kniel. “Dan cara terbaik untuk melakukan hal ini adalah dengan pendekatan multidisiplin.”

Pertumbuhan Populasi di Bumi, Kebutuhan Makanan Aman di Luar Angkasa Semakin Besar

Mungkin perlu beberapa saat sebelum manusia bisa hidup di bulan atau Marsnamun penelitian UD berpotensi memberikan dampak besar pada kehidupan bersama di luar angkasa.

Menurut laporan PBB, bumi akan menjadi rumah bagi 9,7 miliar orang pada tahun 2050 dan 10,4 miliar orang pada tahun 2100.

Selain itu, Bais, seorang profesor biologi tanaman di UD, mengatakan bahwa langkah-langkah keamanan pangan dan ketahanan pangan telah mencapai puncaknya di seluruh dunia. Dengan hilangnya lahan pertanian seiring berjalannya waktu untuk menanam pangan, “orang-orang akan segera memikirkan secara serius mengenai tempat tinggal alternatif,” katanya. “Ini bukan fiksi lagi.”

Dan tampaknya lebih sering daripada tidak, Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit atau Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) akan mengeluarkan penarikan kembali selada tertentu di Bumi, memberitahu orang-orang untuk tidak memakannya karena risiko E. coli. atau Salmonella.

Karena sayuran hijau merupakan makanan pilihan bagi banyak astronot dan mudah ditanam di lingkungan dalam ruangan seperti lingkungan hidroponik di Stasiun Luar Angkasa Internasional, Bais mengatakan penting untuk memastikan sayuran selalu aman untuk dimakan.

“Anda tidak ingin seluruh misi gagal hanya karena wabah keamanan pangan,” kata Bais.

Solusi: benih disterilkan dan perbaikan genetik

Jadi, jika tanaman membuka stomata lebih lebar di lingkungan gayaberat mikro dan memungkinkan bakteri masuk dengan mudah, apa yang bisa dilakukan?

Ternyata jawabannya tidak sesederhana itu.

“Memulai dengan benih yang disterilkan adalah salah satu cara untuk mengurangi risiko berkembangnya mikroba pada tanaman,” kata Kniel. “Tetapi mikroba mungkin berada di lingkungan luar angkasa dan dapat memasuki tanaman melalui jalur tersebut.”

Bais mengatakan para ilmuwan mungkin perlu mengubah genetika tanaman untuk mencegah stomata mereka terbuka lebih lebar di ruang angkasa. Laboratoriumnya telah mengambil varietas selada berbeda yang memiliki genetika berbeda dan mengevaluasinya dalam simulasi gayaberat mikro.

“Jika misalnya kita menemukan satu kultivar yang stomatanya tertutup dibandingkan dengan kultivar lain yang pernah kami uji yang stomatanya terbuka, maka kita bisa mencoba membandingkan genetika kedua kultivar berbeda tersebut,” kata Bais. “Ini akan menimbulkan banyak pertanyaan bagi kita tentang apa yang berubah.”

Jawaban apa pun yang mereka temukan dapat membantu mencegah masalah salad roket di masa depan.

Referensi:

“Simulasi gayaberat mikro memudahkan masuknya stomata Salmonella dalam selada dan menekan agen biokontrol” oleh Noah Totsline, Kalmia E. Kniel, Chandran Sabagyanam dan Harsh P. Bais, 9 Januari 2024, Laporan Ilmiah.
DOI: 10.1038/s41598-024-51573-y

“Gravitasi mikro dan penghindaran kekebalan bawaan tanaman oleh bakteri patogen manusia” oleh Noah Totsline, Kalmia E. Kniel dan Harsh P. Bais, 7 September 2023, npj Gayaberat Mikro.
DOI: 10.1038/s41526-023-00323-x

Penelitian ini didanai oleh NASA-EPSCoR.