Des chercheurs de l’Université du Delaware étudient comment les plantes cultivées dans l’espace sont plus sujettes aux infections par Salmonella que les plantes non cultivées dans l’espace ou cultivées dans le cadre de simulations gravitationnelles. Crédit : Evan Krape/Université du Delaware
L’équipe de recherche découvre que la laitue et d’autres plantes sont plus sensibles aux infections bactériennes dans l’espace que sur Terre.
La laitue et autres légumes verts à feuilles font partie d’une alimentation saine et équilibrée, même pour les astronautes en mission.
Cela fait plus de trois ans que la National Aeronautics and Space Administration (NASA) a fait de la laitue cultivée dans l’espace un élément du menu des astronautes à bord du Station spatiale internationale. En plus de leur alimentation spatiale composée de tortillas de farine et de café en poudre, les astronautes peuvent grignoter une salade cultivée dans les chambres de contrôle à bord de l’ISS qui représente la température, la quantité d’eau et la lumière idéales dont les plantes ont besoin pour mûrir.
Le défi des agents pathogènes dans l’espace
Mais il y a un problème. La Station spatiale internationale abrite de nombreuses bactéries et champignons pathogènes. Beaucoup de ces microbes pathogènes présents à l’ISS sont très agressifs et peuvent facilement coloniser les tissus de la laitue et d’autres plantes. Une fois que les gens mangent de la laitue envahie par E. coli ou Salmonella, ils peuvent tomber malades.
Avec des milliards de dollars investis chaque année dans l’exploration spatiale par la NASA et des sociétés privées comme EspaceXcertains chercheurs craignent qu’une épidémie de maladie d’origine alimentaire à bord de la Station spatiale internationale puisse faire dérailler une mission.
Dans une nouvelle recherche publiée dans Rapports scientifiques et en npj Microgravité, des chercheurs de l’Université du Delaware ont cultivé de la laitue dans des conditions imitant l’environnement d’apesanteur à bord de la Station spatiale internationale. Les plantes maîtrisent parfaitement la détection de la gravité et utilisent leurs racines pour la trouver. Les plantes cultivées à l’UD ont été exposées à une microgravité simulée par rotation. Les chercheurs ont découvert que ces plantes soumises à la microgravité artificielle étaient en réalité plus sujettes aux infections causées par un agent pathogène humain, la salmonelle.
Les stomates, les minuscules pores des feuilles et des tiges que les plantes utilisent pour respirer, se ferment normalement pour défendre une plante lorsqu’elle détecte un facteur de stress, comme une bactérie, à proximité, a déclaré Noah Totsline, un ancien élève du Département des sciences des plantes et des sols de l’UD qui a terminé ses études. programme en décembre. Lorsque les chercheurs ont ajouté des bactéries à la laitue dans le cadre de leur simulation en microgravité, ils ont découvert que les légumes-feuilles ouvraient grand leurs stomates au lieu de les fermer.
« Le fait qu’ils restent ouverts alors que nous leur présentions ce qui semblait être un stress était vraiment inattendu », a déclaré Totsline.
Totsline, l’auteur principal des deux articles, a travaillé avec le professeur de biologie végétale Harsh Bais ainsi qu’avec le professeur de sécurité alimentaire microbienne Kali Kniel et Chandran Sabanayagam du Delaware Biotechnology Institute. L’équipe de recherche a utilisé un appareil appelé clinostat pour faire tourner les plantes à la vitesse d’un poulet rôti sur une essoreuse.
« En fait, l’usine ne saurait pas dans quelle direction se trouve la hausse ou la baisse », a déclaré Totsline. « Nous confondions un peu leur réponse à la gravité. »
Il ne s’agissait pas d’une véritable microgravité, a déclaré Totsline, mais elle a permis aux plantes de perdre leur sens de l’orientation. En fin de compte, les chercheurs ont découvert qu’il semble que Salmonella puisse envahir les tissus des feuilles plus facilement dans des conditions de microgravité simulées que dans des conditions typiques sur Terre.
De plus, Bais et d’autres chercheurs de l’UD ont montré l’utilisation d’une bactérie auxiliaire appelée B. subtilis UD1022 pour favoriser la croissance et la condition physique des plantes contre les agents pathogènes ou d’autres facteurs de stress tels que la sécheresse.
Ils ont ajouté l’UD1022 à la simulation de microgravité qui, sur Terre, peut protéger les plantes contre Salmonella, pensant que cela pourrait aider les plantes à repousser Salmonella en microgravité.
Au lieu de cela, ils ont découvert que la bactérie ne parvenait pas à protéger les plantes dans des conditions semblables à celles de l’espace, ce qui pourrait provenir de l’incapacité de la bactérie à déclencher une réponse biochimique qui forcerait une plante à fermer ses stomates.
« L’échec de l’UD1022 à fermer les stomates en microgravité simulée est à la fois surprenant et intéressant et ouvre une autre boîte de Pandore », a déclaré Bais. « Je soupçonne que la capacité de l’UD1022 à annuler la fermeture des stomates sous simulation de microgravité pourrait submerger la plante et rendre la plante et l’UD1022 incapables de communiquer entre elles, aidant ainsi Salmonella à envahir une plante. »
Agents pathogènes d’origine alimentaire à bord de la Station spatiale internationale
Les microbes sont partout. Ces germes sont présents sur nous, sur les animaux, sur les aliments que nous consommons et dans l’environnement.
Alors naturellement, Kali Kniel, professeur de sécurité alimentaire microbienne à l’UD, a déclaré que partout où se trouvent les humains, il existe un potentiel de coexistence d’agents pathogènes bactériens.
Selon la NASA, environ sept personnes vivent et travaillent simultanément sur la Station spatiale internationale.
Ce n’est pas l’environnement le plus étroit – à peu près aussi grand qu’une maison de six chambres – mais c’est toujours le genre d’endroit où les germes peuvent faire des ravages.
« Nous devons nous préparer et réduire les risques dans l’espace pour ceux qui vivent actuellement sur la Station spatiale internationale et pour ceux qui pourraient y vivre à l’avenir », a déclaré Kniel. « Il est important de mieux comprendre comment les bactéries pathogènes réagissent à la microgravité afin de développer des stratégies d’atténuation appropriées. »
Kniel et Bais associent depuis longtemps leurs domaines de la sécurité alimentaire microbienne et de la biologie végétale pour étudier les agents pathogènes humains sur les plantes.
« Pour développer au mieux les moyens de réduire les risques associés à la contamination des légumes-feuilles et d’autres produits, nous devons mieux comprendre les interactions entre les agents pathogènes humains sur les plantes cultivées dans l’espace », a déclaré Kniel. « Et la meilleure façon d’y parvenir est d’adopter une approche multidisciplinaire. »
Une population croissante sur Terre, un besoin accru d’aliments sûrs dans l’espace
Il faudra peut-être un certain temps avant que les humains puissent vivre sur la Lune ou Marsmais la recherche UD a des impacts potentiels importants sur la cohabitation dans l’espace.
Selon un rapport des Nations Unies, la Terre pourrait abriter 9,7 milliards de personnes en 2050 et 10,4 milliards en 2100.
En plus de cela, Bais, professeur de biologie végétale à l’UD, a déclaré que les mesures de sécurité alimentaire et de sécurité alimentaire sont déjà à leur apogée dans le monde. Avec la perte de terres agricoles au fil du temps pour cultiver de la nourriture, « les gens vont bientôt réfléchir sérieusement à des espaces d’habitation alternatifs », a-t-il déclaré. « Ce ne sont plus de la fiction. »
Et apparemment plus souvent, les Centers for Disease Control and Prevention ou la Food and Drug Administration des États-Unis émettent un rappel sur certaines laitues sur Terre, disant aux gens de ne pas les manger en raison d’un risque d’E. coli ou de Salmonella.
Les légumes-feuilles étant l’aliment de choix de nombreux astronautes et faciles à cultiver dans des environnements intérieurs tels que l’environnement hydroponique de la Station spatiale internationale, Bais a déclaré qu’il est important de s’assurer que ces légumes verts sont toujours comestibles.
« Vous ne voulez pas que toute la mission échoue simplement à cause d’une épidémie de sécurité alimentaire », a déclaré Bais.
Solutions : graines stérilisées et génétique améliorée
Alors, si les plantes ouvrent plus largement leurs stomates dans un environnement de microgravité et permettent aux bactéries d’y pénétrer facilement, que peut-on faire ?
Il s’avère que la réponse n’est pas si simple.
« Commencer avec des graines stérilisées est un moyen de réduire les risques de présence de microbes sur les plantes », a déclaré Kniel. « Mais alors les microbes peuvent se trouver dans l’environnement spatial et pénétrer ainsi dans les plantes. »
Bais a déclaré que les scientifiques devront peut-être modifier la génétique des plantes pour les empêcher d’ouvrir plus largement leurs stomates dans l’espace. Son laboratoire prend déjà différentes variétés de laitue ayant une génétique différente et les évalue en microgravité simulée.
« Si, par exemple, nous en trouvons un qui ferme ses stomates par rapport à un autre que nous avons déjà testé et qui ouvre ses stomates, nous pouvons alors essayer de comparer la génétique de ces deux cultivars différents », a déclaré Bais. « Cela nous posera beaucoup de questions sur ce qui change. »
Toutes les réponses qu’ils trouveront pourraient aider à prévenir de futurs problèmes liés à la roquette.
La recherche a été financée par la NASA-EPSCoR.
