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Bacterial Cellulose Retains Robustness but its Synthesis Declines after Exposure to a Mars-Like Environment Simulated outside the International Space Station

Orlovska, Iryna und Podolich, Olga und Kukharenko, Olga und Zaets, Iryna und Reva, Oleg und Khirunenko, Ludmila und Zmejkoski, Danica und Rogalsky, Sergiy und Barth, Debmalya und Tiwari, Sandeep und Kumavath, Ranjith und Góes-Neto, Aristóteles und Azevedo, Vasco und Brenig, Bertram und Ghosh, Preetam und de Vera, Jean Pierre Paul und Kozyrovska, Natalia (2021) Bacterial Cellulose Retains Robustness but its Synthesis Declines after Exposure to a Mars-Like Environment Simulated outside the International Space Station. Astrobiology, 21 (7). Mary Ann Liebert Inc.. doi: 10.1089/ast.2020.2332. ISSN 1531-1074.

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Kurzfassung

Cellulose is a widespread macromolecule in terrestrial environments and a major architectural component of microbial biofilm. Therefore, cellulose might be considered a biosignature that indicates the presence of microbial life. We present, for the first time, characteristics of bacterial cellulose after long-term spaceflight and exposure to simuled Mars-like stressors. The pristine cellulose-based pellicle membranes from a kombucha microbial community (KMC) were exposed outside the International Space Station, and after their return to Earth, the samples were reactivated and cultured for 2.5 years to discern whether the KMC could be restored. Analyses of cellulose polymer integrity and mechanical properties of cellulose-based pellicle films, as well as the cellulose biosynthesis-related genes' structure and expression, were performed. We observed that (i) the cellulose polymer integrity was not significantly changed under Mars-like conditions; (ii) de novo cellulose production was 1.5 times decreased in exposed KMC samples; (iii) the dry cellulose yield from the reisolated Komagataeibacter oboediens was 1.7 times lower than by wild type; (iv) there was no significant change in mechanical properties of the de novo synthesized cellulose-based pellicles produced by the exposed KMCs and K. oboediens; and (v) the gene, encoding biosynthesis of cellulose (bcsA) of the K. oboediens, was downregulated, and no topological change or mutation was observed in any of the bcs operon genes, indicating that the decreased cellulose production by the space-exposed samples was probably due to epigenetic regulation. Our results suggest that the cellulose-based pellicle could be a good material with which to protect microbial communities during space journeys, and the cellulose produced by KMC members could be suitable in the fabrication of consumer goods for extraterrestrial locations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141253/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Bacterial Cellulose Retains Robustness but its Synthesis Declines after Exposure to a Mars-Like Environment Simulated outside the International Space Station
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Orlovska, IrynaInstitute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kyiv, Ukraine.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Podolich, OlgaInstitute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kyiv, Ukraine.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kukharenko, OlgaInstitute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kyiv, Ukraine.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zaets, IrynaInstitute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kyiv, Ukraine.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reva, OlegDepartment of Biochemistry, Genetics and Microbiology, Centre for Bioinformatics and Computational Biology, University of Pretoria, Pretoria, South Africa.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khirunenko, LudmilaInstitute of Physics of NASU, Kyiv, UkraineNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zmejkoski, DanicaVinca Institute of Neclear Sciences - National Institute of the Rep of SerbiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rogalsky, SergiyV.P. Kukhar Institute of Bioorganic, Chemistry and Petrochemistry of Nat. Acad. of Sciences of UkraineNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barth, DebmalyaCentre for Genomics and Applied Gene Technolgoy, Inst. of Integrative Omics and Applied Biotechnology IndiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tiwari, SandeepLab. de Genetica Celular e Molecular, Dep. de Biologia Geral, Instituto de Ciencias Biologicas. Univ. de Minas Gerais, BrazilNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kumavath, RanjithDep. of Genomic Scineces, central Univ. of Kerale, IndiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Góes-Neto, AristótelesInstitute of Biological Sciences, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, BrazilNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Azevedo, VascoInstitute of Biological Sciences, Federal University of Minas Gerais, Belo HorizonteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brenig, BertramIns. of Veterinary Medicine, University GöttingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ghosh, PreetamDepartment of Computer Science, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Vera, Jean Pierre Pauljean-pierre.devera (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kozyrovska, NataliaInstitute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kyiv, Ukraine.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2021
Erschienen in:Astrobiology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.1089/ast.2020.2332
Verlag:Mary Ann Liebert Inc.
Name der Reihe:Astrobiology
ISSN:1531-1074
Status:veröffentlicht
Stichwörter:International Space Station, Bacterial cellulose, Extraterrestrial stressors, Microbial biosignature, Kombucha multimicrobial community, Komagataeibacter oboediens, The bcs operon
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Planetary Evolution and Life (alt)
Standort: Berlin-Adlershof , Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetare Labore
Raumflugbetrieb und Astronautentraining > Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC)
Hinterlegt von: Herrmann, Astrid
Hinterlegt am:10 Mär 2021 09:42
Letzte Änderung:10 Mär 2021 09:42

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