Virussen die zijn geëvolueerd in de unieke omgeving van het Internationale Ruimtestation (ISS) vertonen een verbeterde effectiviteit bij het doden van bacteriën wanneer ze terugkeren naar de aarde. De bevindingen, gepubliceerd in PLOS Biology op 13 januari, laten zien hoe microzwaartekracht de evolutionaire race tussen bacteriën en de virussen die hen infecteren (fagen) fundamenteel verandert. Dit onderzoek gaat niet alleen over ruimtebiologie; het heeft directe gevolgen voor de ontwikkeling van krachtigere behandelingen tegen antibioticaresistente bacteriën op aarde.
De evolutionaire verschuiving in microzwaartekracht
Bacteriën en fagen zijn verwikkeld in een voortdurende wapenwedloop: bacteriën ontwikkelen verdedigingsmechanismen, fagen ontwikkelen manieren om deze te omzeilen. Maar deze concurrentie ontvouwt zich anders in de ruimte, waar het gebrek aan zwaartekracht een langzamer, bewuster evolutionair proces creëert. Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison vergeleken E. coli -populaties geïnfecteerd met de T7-faag in het ISS versus identieke controlegroepen op aarde.
De studie bevestigt eerdere hypothesen dat faaginfectiecycli langzamer zijn in microzwaartekracht als gevolg van verminderde vloeistofmenging. Op aarde roert de zwaartekracht vloeistoffen, waardoor er voortdurend contact is tussen bacteriën en virussen. In de ruimte gebeurt deze vermenging niet op natuurlijke wijze, waardoor fagen gedwongen worden zich langzamer aan te passen en efficiënter te worden in het hechten aan bacteriën.
Genetische mutaties verhogen de virale potentie
Het sequencen van het hele genoom onthulde dat zowel de bacteriën als de fagen in het ISS unieke genetische mutaties verzamelden die niet te zien zijn in op aarde gekweekte monsters. In de ruimte gestationeerde virussen ontwikkelden mutaties die hun vermogen vergrootten om bacteriën te infecteren en zich aan bacteriële receptoren te binden. Tegelijkertijd E. coli ontwikkelde verdedigingsmechanismen tegen deze aanvallen, waaronder het veranderen van hun receptoren om faaginfectie te weerstaan en het verbeteren van de overleving in microzwaartekracht.
Onderzoekers gebruikten vervolgens diepgaande mutatiescanning om veranderingen in de receptorbindende eiwitten van de virussen te analyseren. Verrassend genoeg vertoonden de aan de ruimte aangepaste fagen, toen ze naar de aarde werden teruggebracht, een verhoogde activiteit tegen antibioticaresistente E. coli-stammen * – vooral de stammen die vaak urineweginfecties veroorzaken. Dit onverwachte resultaat toont aan dat de evolutionaire druk van de ruimte virussen kan opleveren met een groter dodend vermogen in terrestrische omgevingen.
“Het was een toevallige bevinding”, zegt hoofdonderzoeksauteur Srivatsan Raman. “We hadden niet verwacht dat de [mutante] fagen die we in het ISS identificeerden ziekteverwekkers op aarde zouden doden.”
Implicaties voor faagtherapie
Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor faagtherapie, een opkomende behandeling waarbij virussen worden gebruikt om bacteriën te doden of de effectiviteit van antibiotica te vergroten. Deskundigen suggereren dat het begrijpen van hoe fagen zich op genetisch niveau aanpassen aan microzwaartekracht, zou kunnen helpen bij het optimaliseren van antibioticastrategieën op aarde.
Charlie Mo, assistent-professor aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, merkt op dat het onderzoek weliswaar veelbelovend is, maar dat de kosten van ruimte-experimenten of het simuleren van microzwaartekracht een uitdaging blijven. De potentiële voordelen reiken echter verder dan aardgebonden toepassingen; effectievere faagtherapieën kunnen cruciaal zijn voor de gezondheid van astronauten tijdens langdurige ruimtemissies.
Samenvattend benadrukt deze studie de onverwachte voordelen van ruimteonderzoek voor de terrestrische geneeskunde. Door te bestuderen hoe virussen evolueren in microzwaartekracht ontdekken wetenschappers nieuwe manieren om antibioticaresistentie te bestrijden en faagtherapieën te verbeteren, zowel op aarde als in de kosmos.
