Effect van gesimuleerde micrograviteit op het gedrag van de bacterie Ralstonia metallidurans CH34

Gedurende de voorbije decennia werd herhaaldelijk aangetoond dat micrograviteit een belangrijk regulatorisch signaal is. Ruimtevaartexperimenten uitgevoerd met verschillende types bacteriën wijzen op een verhoogde resistentie aan antibiotica, een betere groei, een toegenomen conjugatiefrequentie, gestegen virulentie, e.d. Vermits micro-organismen in belangrijke mate aanwezig kunnen zijn in ruimtevaartuigen en ruimtestations, kunnen wijzigingen in het microbieel gedrag gevolgen impliceren voor de bemanning en de integriteit van van het ruimtevehikel. Daarom is het van groot belang om deze potentiële gevolgen in te schatten en de risico's te minimaliseren om lange ruimtevluchten en verblijf op planetaire basissen zoals de maan en Mars mogelijk te maken. Ruimtevaartexperimenten worden gekenmerkt door talrijke beperkingen zoals de beschikbare ruimte en gewicht, de financiële kosten, gespecialiseerd materiaal e.d. Hiervoor ontwikkelde NASA een roterende bioreactor (Rotating Wall Vessel (RWV)). Deze bioreactor creeërt een omgeving met een lage wrijving die vergelijkbaar is aan de micrograviteit tijdens ruimtevlucht. De effecten van gesimuleerde micrograviteit werden bestudeerd voor het modelorganisme Cupriavidus metallidurans CH34 (voorheen Ralstonia metallidurans ATCC 43123) met de RWV. Drie testcondities werden in deze studie onderzocht: gesimuleerde micrograviteit (SMG), de RWV in controle positie (1 g) en een klassieke schudcultuur. Er werd gezocht naar een mogelijke wijziging in het microbieel gedrag op niveau van groei, substraatverbruik, genexpressie (kwantitatieve PCR) en proteïne-expressie (2D-gelelectroforese). Vergeleken met klassieke schudculturen vertoonden cellen gekweekt in de RWV (zowel in SMG als 1 g controle condities) een tragere groeisnelheid evenals een langzamere afsterving. Verder werd de koolstofbron gluconaat efficiënter verbruikt in gesimuleerde micrograviteit. Voor de kwantitatieve PCR werden een aantal genen geselecteerd die een differentiële expressie kenden in de ruimtevaartexperimenten MESSAGE 1&2 (acxC, dpsA en grpE) en genen die vermoedelijk betrokken zijn bij mechanische stress (msrA, msrA1, msrA2, mscL, rseB, cutA en kefA). Opmerkelijk was dat voor de 3 MESSAGE genen een overexpressie werd waargenomen in gesimuleerde micrograviteit. GrpE en acxC werden tot overexpressie gebracht op het maximum van de groeicurve (p0.05) tijdens de exponentiële fase in SMG. 2D-gelelectroforese patronen zijn verschillend in de drie testcondities en voorlopig vertoonden 8 proteïnen een opvallende wijziging in expressie bij het vergelijken van SMG en 1 g testcondities. De identificatie van deze proteïnes met massaspectrometrie vindt momenteel plaats. Deze studie toonde aan dat R. metallidurans een gewijzigd gedrag vertoont in gesimuleerde micrograviteit. Betreffende de genexpressie werden gelijkaardige resultaten bekomen met ruimtevaartexperimenten, hetgeen kan wijzen op de toepasbaarheid van de bioreactor als een adequate simulator van micrograviteit. Eenmaal de oorzakelijke mechanismen ontrafeld, kan het onderzoek uitgebreid worden naar micro-organismen die worden teruggevonden in ruimtevaartuigen en ruimtestations (bv. Staphylococcus sp. en Bacillus sp.). Dit zal toelaten de risico's van microbiële aanwezigheid in te schatten voor ruimtevaart.