2017年2月，我国空间医学微生物学科奠基人刘长庭教授在世界著名的《环境微生物》杂志上发表了一篇《空间微生物的理论和应用：空间实验的国内外经验》文章。该文章为世界空间微生物学研究指明方向。

　　空间微生物学表型变化的作用、意义及机制十分重要，目前仍有很多问题悬而未决。刘长庭教授带领科研团队通过研究，并参考国外经验，提出了空间微生物分子效应学说。该学说包括三个基本理论与应用方向：1.空间微生物毒力突变致病与人体互利共生理论;2.空间微生物相关的空间制药理论;3.空间微生物的腐蚀与材料改性。

　　图1 空间微生物分子效应学说

　　2001年，中国在神舟二号飞船上开始了空间实验，我国在空间环境微生物影响方面逐渐积累了经验。2002年，神舟三号飞船携带的第一个微生物——红曲霉。2011年，神舟八号飞船搭载了64株微生物，拉开了大规模空间微生物实验的序幕。2013年神舟十号飞船搭载了21株微生物。

　　一、空间微生物与航天员的共生理论

　　空间环境对微生物的影响非常复杂。在空间飞行中，微重力对DNA修复的影响增加了微生物的突变率。科研团队已经观察到空间密闭环境对微生物表型的影响，如致病性和耐药性以及相应的基因都可以产生出相应的变化。在空间飞行环境中，人体免疫系统受到负面影响，如T淋巴细胞增殖减少，细胞因子和免疫球蛋白产生减少，以及自然杀伤细胞的功能减低。因此，微生物和宇航员之间的共生是一个非常重要的问题。共生失衡可能会增加感染的风险，从而进一步影响宇航员在长期飞行中的健康。全面理解这一共生理论有益于防止宇航员长期航天的相关疾病。

　　通过进一步分析国际空间站10名航天员皮肤真菌群落的短暂变化，表明马拉色霉菌是脸颊或胸部占主导地位的真菌，真菌的多样性随着时间的推移逐渐减弱，从侧面证实了空间微生物致病与人体共生理论。

　　图2马拉色霉菌在航天员脸颊或胸部占主导地位

　　空间环境对细菌生长期产生明显的影响。模拟微重力条件下大肠杆菌比正常培养的菌体增大，酸性环境适应力增强。这种生理特性的变化，可能导致肠道微生物群的失衡。MARS-500实验开始后的14到30天，观察到肠道微生物数量结构显著变化，在实验结束后2周有所恢复。再次证实了空间微生物致病与人体共生理论。

　　二、空间微生物制药

　　“礼炮7号”宇宙飞船飞行后首次发现细菌耐药性出现变化。由于航天员之间可能的微生物和质粒交换，从航天员分离出的大肠杆菌对多粘菌素E和卡那霉素的最低抑菌浓度显著增加(从4mg/L到16mg/L以上)。1996年，美国首次进行了针对空间飞行对微生物抗生素生产影响的实验。研究人员通过为期10天的航天飞机任务将棕黑腐质霉送往太空，飞行后对样品进行分析，显示同地面对照样品相比，产量增加了190%。

　　中国航天科技集团公司在其返回式卫星和神舟飞船开展了许多空间育种实验，包括微生物菌种，培育新的高产量和高质量的微生物菌种。经过太空飞行后获得了突变的链霉菌属，通过进一步筛选获得了一株突变的高产链霉菌。2011年，神舟八号飞船搭载了重组人干扰素a1b菌株，太空飞行15 天后，鉴定得到了能够高表达靶基因的突变菌株。获得了五株诱变菌，它们展示出显著的增加靶蛋白的产量，最高可增加3倍。上述研究证实了空间微生物代谢相关的空间制药理论。

　　三、空间微生物腐蚀与材料改性

　　微生物可定植在航天器表面，在其生物膜和材料之间的界面产生化学变化，这将明显地影响这些材料的机械强度。因此，限制微生物感染应该成为重要的保护型策略。

　　图3 空间微生物对航天材料的腐蚀

　　刘长庭教授研究团队建议，微生物控制分为三个部分以解决微生物源、传播路径和腐蚀，即为源头控制、流动相的控制和固定相控制。改性方法取决于材料特性，根据不同材料有不同的改性方法。例如镁合金、不锈钢、铜以及经常在空间使用的其他金属，可以通过物理或化学方法引入抗菌银实现材料的抗菌改性。空间环境对不同致病微生物影响的研究是必不可少的，以保护航天员以及人类健康。