Az emberi mikrobiom működését vizsgálja a napokban fellőtt Ax-4 küldetés űrhajósain egy magyar kutatás

A napokban elstartolt az Axiom Space Ax-4 űrmissziója, a személyzet tagja a magyar Kapu Tibor kutatóűrhajós. De nem ez az egyetlen magyar vonatkozása a küldetésnek, az űrhajósok összesen 25 magyar, köztük három, a Szegedi Tudományegyetemhez (SZTE) köthető kutatást is végeznek majd a Nemzetközi Űrállomáson. Ezek egyike az ön által vezetett projekt, amelynek során az űrhajósok szervezetében lévő mikrobák (vírusok, baktériumok, gombák) alakulását vizsgálják: nyomon követik az emberi mikrobiom változásait. Honnan jött a kutatás ötlete? Ez a szűkebb hazai kutatási szakterülete?

Az SZTE Orvosi Biológiai Intézetében (OBI) négy éve indult a mikrobiom-kutatás az MTA Lendület program támogatásával. A GeMiNI csoport célja az emberi mikrobiom és az életmód – elhízás, táplálkozás, mozgás – közti kapcsolatok feltárása. Egyedülálló módon pumi kutyákat is bevontunk modellként, különösen a táplálkozás és az öregedés mikrobiomra gyakorolt hatásainak vizsgálatára. Az OBI-ban korábban is a legkorszerűbb szekvenálási technológiákat alkalmaztuk, főként vírusok elemzésére, illetve humán genomikai projektekben is részt vettünk. Korábban a Stanford Egyetem Genetikai Tanszékén is dolgoztam, amely az egyik vezetője volt a NASA híres, a mikrobiom űrbeli változásaival is foglalkozó Iker Tanulmány projektjének. Az ottani és hazai tapasztalatok, valamint a meglévő technológiai háttér hívták életre az ötletet, hogy földi életmód kutatásainkat az űrbeli környezetre is kiterjesszük.

Pályázaton nyerték el a kutatási lehetőséget? Mi volt ennek az útja?

Igen, a lehetőséget egy nyílt pályázat keretében nyertük el, amelyre egyetemek, kutatóintézetek és cégek jelentkezhettek. Mi szinte az utolsó pillanatban, az SZTE orvoskari hírlevélből értesültünk a lehetőségről és 2023 novemberében nyújtottuk be a pályázatot. Formailag klasszikus kutatási pályázat volt: angol nyelven kellett ismertetni az ötletet, célokat, a módszertant, a várható eredményeket, valamint bemutatni a csapatot és az intézményi-infrastrukturális hátteret is, hogy a bírálók fel tudják mérni a megvalósíthatóságot. A döntést nemzetközi szakértői gárda bírálta: az amerikai Axiom Space, az Európai Űrügynökség (ESA) és további független szakértők. Mivel intézetünkben minden főbb eszköz adott volt (például harmadik generációs szekvenátorok, nagy teljesítményű számítógépek, - 80 Celsius fokos fagyasztók) a támogatást főként fogyóeszközökre – csövekre, reagensekre, izoláló kitekre – igényeltük.

Mit jelent egyáltalán a mikrobiom, hogyan működik a normál hétköznapi környezetben egy ember szervezetében?

Ezek a mikrobák létfontosságú szerepet játszanak az egészségünk megőrzésében. Legnagyobb részük a bélrendszerben él, de megtalálhatók a bőrön, a szájban, az orrban, vagy éppen a tüdőben is. A mikrobiom segíti az emésztést, hozzájárul a vitaminok termeléséhez, erősíti az immunrendszert, sőt, egyre több kutatás utal arra, hogy az anyagcserénkre, sőt az agyműködésünkre is hatással lehet. A mikrobiom működését leginkább egy ökoszisztémához lehet hasonlítani: ha minden rendben van, a mikrobák egyensúlyban élnek velünk, és segítik a szervezetet. Ha az egyensúly felborul (például betegség, antibiotikumok, stressz vagy helytelen táplálkozás hatására), az a szervezet működését is megzavarhatja. Ezért is vált kulcsfontosságúvá a modern orvosbiológiában.

A kutatás célja az, hogy a küldetés előtt, alatt és után is nyomon kövesse a mikrobiom változásait. Vannak-e előzetes várakozásaik, milyen eredményekre számítanak?

Igen, biztosra vehető, hogy az űrutazás hatással lesz az űrhajósok bélrendszeri mikrobiomjára, ezt már több nemzetközi kutatás is megerősítette. Mi nemcsak a mikrobiom összetételének időbeli változását szeretnénk azonban nyomon követni, hanem azt is, hogy ezek a változások hogyan függhetnek össze más testi működésekkel. Például, hogy a bélrendszeri és a szájüregi mikrobiom hogyan reagál párhuzamosan, vagy milyen kapcsolat lehet a bélflóra és a húgyúti mikrobiom között. Emellett fiziológiai változókat is figyelembe veszünk – például az alvásmintázat vagy a pulzusszám változásait –, hogy megértsük, ezek miként korrelálnak a mikrobiom átalakulásaival. Korábbi kutatások alapján a mikrobiom diverzitása csökken az űrben. A Faecalibacterium mennyisége gyakran nő: ez kedvező, mert gyulladáscsökkentő vajsavat termel. Ugyanakkor az Akkermansia mennyisége csökkenhet, pedig fontos a bél nyálkahártya védelmében, így nemzetközi szinten már felmerült az Akkermansia-tartalmú prebiotikumok használata is. Mi ezeknek a változásoknak az űrbéli dinamikáját szeretnénk feltárni – nemcsak tudományos kíváncsiságból, hanem azért is, hogy hosszabb távon hozzájáruljunk az űrutazás egészségügyi kockázatainak csökkentéséhez.

Milyen egyéb jelentősége van ennek a kutatásnak?

Projektünk túlmutat az űrkutatáson: olyan új módszereket és összefüggéseket vizsgálunk, amelyek a földi orvostudomány számára is relevánsak. A mikrobiom állapota kulcsszerepet játszik a krónikus betegségekben, az immunrendszer működésében és az anyagcsere zavarainál. Az űrutazás egyfajta „extrém modell”, amelyben ezek a hatások jól tanulmányozhatók. A most alkalmazott módszereink, például a teljes mikrobiális genomok és aktív gének feltérképezése új szintre emelik az adatminőséget.

A jövőbeli, hosszabb űrutazások során hasznosíthatóak-e kutatási eredményeik?

Abszolút. Minél hosszabb egy űrmisszió – például egy jövőbeli Mars-utazás –, annál kritikusabb az űrhajós egészségi állapotának fenntartása. A mikrobiom „korai jelző-rendszerként” is működhet, ha tudjuk, mire figyeljünk. A mi kutatásunk éppen ezt segíti elő: mivel részletes adatokat gyűjtünk nemcsak a mikrobák jelenlétéről, hanem azok aktivitásáról is, hozzájárulhatunk személyre szabott megelőzési vagy beavatkozási stratégiák kidolgozásához az űrben – és akár a Földön is.

Végeztek-e már a világon hasonló kutatást, vagy az önök projektje teljesen úttörő vállalkozás?

Voltak már űrhajós mikrobiom-vizsgálatok, de a mi projektünk több szempontból is újszerű. Egyrészt teljes genomokat szekvenálunk harmadik generációs technológiával, ami pontosabb, mint a korábban használt megközelítések. Nemcsak baktériumokra koncentrálunk, hanem vírusokra is. Emellett metatranszkriptomikai vizsgálatokat is végzünk, tehát nemcsak azt nézzük, milyen mikrobák vannak jelen, hanem azt is, melyek aktívak és mit csinálnak. És tudomásunk szerint miénk az első vizsgálat, amely az űrben a húgyúti mikrobiomra (urobiom) is fókuszál – ez eddig teljesen feltérképezetlen terület.

Milyen tapasztalatai vannak a hasonló, a világ tudományos élvonalát képviselő, a NASA által felügyelt kutatásokról?

Az SZTE-n folyó mikrobiom-kutatás egyik különlegessége éppen az, hogy nem egy elszigetelt hazai projekt, hanem szorosan kapcsolódik a nemzetközi élvonalhoz.

Ráadásul eddig körülbelül húsz űrhajós esetében végeztek mikrobiom vizsgálatot. Ezek zöme földi, szimulált körülmények között történt. Ezért minden új minta és új típusú adat önmagában is értékes a nemzetközi kutatások számára.

Jelenleg épp az Egyesült Államokban tartózkodik, bár nem volt jelen a kilövéskor. Ott milyen volt a misszió fogadtatása?

A HUNOR-program lehetőséget adott arra, hogy személyesen részt vegyek a floridai Kennedy Űrközpontban az Ax-4 kilövésén, ami hatalmas élmény lett volna. Azonban a kilövés időpontját többször is módosították, így ez nehezen volt tervezhető. Épp négy kollégámmal együtt Los Angelesben tartózkodunk egy mikrobiom-fókuszú nemzetközi konferencián, és annak zárónapján értesültünk arról, hogy – kaliforniai idő szerint - másnap késő este lesz a kilövés. Ennek logisztikailag már nem volt realitása, így végül a konferencia záróprogramja után a California Science Centerben hangolódtunk az eseményre, majd online követtük azt. Az USA-ban egy ISS-re történő űrhajósfeljutás nem számít ritkaságnak, így a lakosság figyelme nem olyan, mint itthon. Ugyanakkor a tudományos közösség – különösen az űrkutatáshoz kapcsolódó területeken – nyomon követi ezeket a fejleményeket. Az is jól látszik, hogy Kalifornia – Florida és Texas mellett – fontos központja az amerikai űrtevékenységeknek: számtalan NASA-kapcsolódású eszközzel, termékkel és bemutatóval találkoztunk már csak itt tartózkodásunk alatt is.