Viren, die sich in der einzigartigen Umgebung der Internationalen Raumstation (ISS) entwickelt haben, zeigen bei ihrer Rückkehr zur Erde eine verstärkte Wirksamkeit bei der Abtötung von Bakterien. Die am 13. Januar in PLOS Biology veröffentlichten Ergebnisse zeigen, wie Mikrogravitation den evolutionären Wettlauf zwischen Bakterien und den Viren, die sie infizieren (Phagen), grundlegend verändert. Bei dieser Forschung geht es nicht nur um Weltraumbiologie; Dies hat direkte Auswirkungen auf die Entwicklung wirksamerer Behandlungen gegen antibiotikaresistente Bakterien auf der Erde.
Der evolutionäre Wandel in der Mikrogravitation
Bakterien und Phagen liefern sich ein ständiges Wettrüsten: Bakterien entwickeln Abwehrmechanismen, Phagen entwickeln Möglichkeiten, diese zu umgehen. Aber dieser Wettbewerb verläuft im Weltraum anders, wo die fehlende Schwerkraft zu einem langsameren, bewussteren Evolutionsprozess führt. Forscher der University of Wisconsin-Madison verglichen E. Mit dem T7-Phagen infizierte coli -Populationen auf der ISS im Vergleich zu identischen Kontrollgruppen auf der Erde.
Die Studie bestätigt frühere Hypothesen, dass Phageninfektionszyklen in der Schwerelosigkeit aufgrund der geringeren Flüssigkeitsvermischung langsamer ablaufen. Auf der Erde bewegt die Schwerkraft Flüssigkeiten und sorgt so für einen ständigen Kontakt zwischen Bakterien und Viren. Im Weltraum geschieht diese Vermischung nicht auf natürliche Weise, was die Phagen dazu zwingt, sich an ein langsameres Tempo anzupassen und effizienter bei der Bindung an Bakterien zu werden.
Genetische Mutationen steigern die virale Potenz
Die Sequenzierung des gesamten Genoms ergab, dass sowohl die Bakterien als auch die Phagen auf der ISS einzigartige genetische Mutationen anhäuften, die in auf der Erde gezüchteten Proben nicht zu finden waren. Weltraumgestützte Viren entwickelten Mutationen, die ihre Fähigkeit erhöhten, Bakterien zu infizieren und an bakterielle Rezeptoren zu binden. Gleichzeitig E. coli entwickelten Abwehrmechanismen gegen diese Angriffe, einschließlich der Veränderung ihrer Rezeptoren, um einer Phageninfektion zu widerstehen und das Überleben in der Schwerelosigkeit zu verbessern.
Anschließend nutzten die Forscher Deep Mutational Scanning, um Veränderungen in den rezeptorbindenden Proteinen der Viren zu analysieren. Überraschenderweise zeigten die weltraumangepassten Phagen, wenn sie zur Erde zurückgebracht wurden, eine erhöhte Aktivität gegen antibiotikaresistente E. coli -Stämme** – insbesondere diejenigen, die häufig Harnwegsinfektionen verursachen. Dieses unerwartete Ergebnis zeigt, dass der evolutionäre Druck des Weltraums Viren mit erhöhter Tötungskraft in terrestrischen Umgebungen hervorbringen kann.
„Es war ein zufälliger Befund“, sagte der leitende Studienautor Srivatsan Raman. „Wir hatten nicht damit gerechnet, dass die [mutierten] Phagen, die wir auf der ISS identifiziert haben, Krankheitserreger auf der Erde abtöten würden.“
Implikationen für die Phagentherapie
Diese Erkenntnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die Phagentherapie, eine neue Behandlung, bei der Viren eingesetzt werden, um Bakterien abzutöten oder die Wirksamkeit von Antibiotika zu erhöhen. Experten gehen davon aus, dass das Verständnis, wie sich Phagen auf genetischer Ebene an die Mikrogravitation anpassen, dazu beitragen könnte, Antibiotikastrategien auf der Erde zu optimieren.
Charlie Mo, Assistenzprofessor an der University of Wisconsin-Madison, stellt fest, dass die Forschung zwar vielversprechend ist, die Kosten für Weltraumexperimente oder die Simulation der Schwerelosigkeit jedoch weiterhin eine Herausforderung darstellen. Die potenziellen Vorteile gehen jedoch über erdgebundene Anwendungen hinaus; Effektivere Phagentherapien könnten für die Gesundheit von Astronauten entscheidend sein bei Langzeit-Weltraummissionen.
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die unerwarteten Vorteile der Weltraumforschung für die irdische Medizin. Durch die Untersuchung der Entwicklung von Viren in der Schwerelosigkeit entdecken Wissenschaftler neue Wege zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen und zur Verbesserung von Phagentherapien, sowohl auf der Erde als auch im Kosmos.
