Perché studiamo i microbi nello spazio?

Ospiti indesiderati o cresciuti in colonie sperimentali: sono i batteri studiati dentro (o fuori) le stazioni spaziali

Nel 1998, sulla stazione spaziale russa Mir, gli astronauti decisero di far pulizia e censire batteri e microorganismi che potevano essersi annidati sulle superfici del veicolo spaziale. Dietro a un pannello trovarono diverse bolle d’acqua popolate di batteri e funghi, una persino delle dimensioni di un pallone.

Portiamo addosso quotidianamente i batteri che incontriamo o quelli che già popolano il nostro corpo, per cui può capitare che diventino ospiti indesiderati, a volte innocui, a volte rischiosi, anche delle missioni spaziali. In altri casi, invece, siamo stati noi stessi a decidere di portarli in orbita, in totale sicurezza. A quale scopo? Per compiere esperimenti, per esempio, per comprendere meglio i meccanismi di selezione e adattamento dei microbi, tramite mutazioni, a condizioni estreme come la microgravità. L’idea è, se possibile, tornare a Terra sapendone qualcosa in più.

Salmonella nello spazio

Quasi tre decenni prima della vicenda della Mir, nel 1970, l’astronauta americano Fred Haise, impegnato a bordo della missione Apollo 13, si era ammalato a causa di un agente patogeno col quale era entrato in contatto in orbita, il bacillo Pseudomonas aeruginosa, e che gli costò un’infezione ai reni (pur senza conseguenze permanenti). La presenza di batteri a bordo può in effetti rappresentare un rischio per la salute dell’equipaggio e per la buona riuscita di una missione, soprattutto perché in condizioni di microgravità il sistema immunitario è più debole.

Curiosamente, proprio quel bacillo, assieme al batterio della salmonella, è diventato più tardi protagonista di una ricerca a bordo della Stazione spaziale internazionale (ISS), l’attuale “casa orbitante” degli astronauti attorno al nostro pianeta. I primi esperimenti sono cominciati nel 2006, nell’ambito di una collaborazione tra astronauti a bordo e scienziati sulla Terra. I microrganismi sono stati fatti crescere in ambiente controllato, per osservarne le reazioni alla microgravità, e le conclusioni degli studi sono state poi pubblicate nel 2011 sulla rivista Applied and environmental microbiology. In entrambi i tipi di batteri, la microgravità modificava alcuni regolatori genici molecolari, che rendevano l’agente patogeno più virulento e dunque anche più rischioso per gli “inquilini” della Stazione spaziale.

Studiare i batteri in orbita non è fondamentale soltanto per tutelare la salute dei cosmonauti durante le missioni. Come spiegato anche dagli scienziati del gruppo di ricerca coinvolto, le condizioni cui gli agenti patogeni erano sottoposti durante gli esperimenti erano simili a quelle che essi incontrano nel nostro corpo, in particolare nel sistema respiratorio, in quello gastrointestinale e nel tratto urinario. Questi studi possono quindi aiutarci a comprendere come si sviluppano le infezioni da essi causate.

Come studiare le mutazioni del DNA

Non tutti i batteri studiati sulla ISS, comunque, sono dannosi. Con l’esperimento MVP Cell-02 della Nasa, gli scienziati hanno scelto di osservare il Bacillus subtilis, non nocivo per l’essere umano e noto per essere un batterio estremofilo, capace cioè di resistere a condizioni di vita estreme, e con un genoma già completamente sequenziato. Per studiare il bacillo, i ricercatori ne hanno portato in orbita 84 colture: 42 sono state sottoposte a condizioni di microgravità, mentre 42 erano sottoposte a condizioni di controllo a gravità terrestre. Altre 42 colture sono invece rimaste sulla Terra.

Il protocollo sperimentale è durato 60 giorni, nel corso dei quali si sono originate migliaia di generazioni batteriche. I Bacillus subtilis sono stati infine congelati e spediti sulla Terra per continuare le ricerche. Gli obiettivi dell’esperimento erano due: capire, in previsione di lunghi viaggi spaziali, come mutino nel tempo i batteri che possono far parte della nutrita schiera di ospiti non patogenici dell’ISS, e comprendere, in linea generale, i loro processi evolutivi.

Batteri nell’ignoto spazio profondo

Sono in corso anche esperimenti in cui i batteri sono sottoposti a condizioni di vita estreme: quelle dello spazio cosmico. Da uno studio del 2012 condotto dall’Institute of Aerospace Medicine di Colonia e l’Institute of Flight Medicine di Aquisgrana, in Germania, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astrobiology, il Bacillus subtilis (più precisamente le sue spore) sembra potersi conservare fino a 559 giorni in condizioni simili a quelle della superficie di Marte.

Secondo i risultati di uno studio giapponese pubblicati nel 2020 sulla rivista Frontiers in microbiology, il Deinococcus radiodurans ha però battuto questo record, resistendo alle condizioni dello spazio cosmico – e in particolare in tre pannelli situati all’esterno della Stazione spaziale internazionale, esposti al vuoto e alle radiazioni – per ben tre anni. Trascorso questo tempo, e dopo che un braccio robotico ha recuperato le colture di batteri, i risultati sono stati sorprendenti: i Deinococcus radiodurans che si trovavano nella fascia più esterna delle colonie erano morti, ma avevano protetto il centro della coltura dai danni al DNA, garantendo così la sopravvivenza dei batteri. Possono quindi i batteri viaggiare nello spazio? Studi di questo tipo ci conducono dritti anche a domande sull’origine della vita sul pianeta Terra.