Wirusy, które wyewoluowały w wyjątkowym środowisku Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), wykazują zwiększoną skuteczność w zabijaniu bakterii po powrocie na Ziemię. Wyniki opublikowane 13 stycznia w czasopiśmie PLOS Biology pokazują, jak stan nieważkości zasadniczo zmienia wyścig ewolucyjny pomiędzy bakteriami i wirusami, które je infekują (fagi). Badania te nie dotyczą tylko biologii przestrzeni kosmicznej; ma to bezpośrednie implikacje dla opracowania potężniejszych narzędzi do zwalczania bakterii opornych na antybiotyki na Ziemi.
Ewolucyjna zmiana w stanie zerowej grawitacji
Bakterie i fagi biorą udział w ciągłym wyścigu zbrojeń: bakterie rozwijają mechanizmy obronne, a fagi opracowują sposoby ich ominięcia. Jednak ta rywalizacja przebiega inaczej w przestrzeni kosmicznej, gdzie brak grawitacji powoduje wolniejszy, bardziej przemyślany proces ewolucyjny. Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison porównali populacje E. coli zakażona fagiem T7 na ISS i identycznymi grupami kontrolnymi na Ziemi.
Badanie potwierdza wcześniejsze hipotezy, że cykle infekcji fagami spowalniają w warunkach mikrograwitacji z powodu zmniejszonego mieszania się płynów. Na Ziemi grawitacja miesza płyny, umożliwiając bakteriom i wirusom stały kontakt. W kosmosie to mieszanie nie zachodzi naturalnie, co zmusza fagi do przystosowania się do wolniejszego tempa i bardziej skutecznego przyłączania się do bakterii.
Mutacje genetyczne zwiększają siłę wirusa
Pełne sekwencjonowanie genomu wykazało, że zarówno bakterie, jak i fagi na ISS kumulują unikalne mutacje genetyczne, których nie zaobserwowano w próbkach lądowych. Wirusy kosmiczne rozwinęły mutacje, które zwiększają ich zdolność do infekowania bakterii i wiązania się z receptorami bakteryjnymi. W tym samym czasie E. coli wyewoluowały mechanizmy obronne przed tymi atakami, obejmujące modyfikację swoich receptorów tak, aby były odporne na infekcję fagową i zwiększały ich przeżywalność w warunkach mikrograwitacji.
Następnie badacze wykorzystali głębokie skanowanie mutacji do analizy zmian w białkach, które wiążą się z receptorami wirusów. Co zaskakujące, fagi zaadaptowane do przestrzeni kosmicznej, które wróciły na Ziemię, wykazały zwiększoną aktywność przeciwko opornym na antybiotyki szczepom E. coli – szczególnie te, które często powodują infekcje dróg moczowych. Ten nieoczekiwany wynik pokazuje, że presja ewolucyjna przestrzeni kosmicznej może prowadzić do powstania wirusów o zwiększonej śmiertelności w warunkach lądowych.
„To było przypadkowe odkrycie” – powiedział główny autor badania, Srivatsan Raman. „Nie spodziewaliśmy się, że [zmutowane] fagi, które zidentyfikowaliśmy na ISS, zabiją patogeny na Ziemi”.
Implikacje dla terapii fagowej
Odkrycia te mają ważne implikacje dla terapii fagowej – obiecującej metody leczenia wykorzystującej wirusy do zabijania bakterii lub zwiększania skuteczności antybiotyków. Eksperci sugerują, że zrozumienie, w jaki sposób fagi przystosowują się do mikrograwitacji na poziomie genetycznym, mogłoby pomóc w optymalizacji strategii antyantybiotykowych na Ziemi.
Charlie Moe, adiunkt na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, zauważa, że chociaż badania wyglądają obiecująco, problemem pozostają koszty eksperymentów kosmicznych lub symulacji stanu nieważkości. Jednak potencjalne korzyści wykraczają poza zastosowania naziemne; skuteczniejsza terapia fagowa może mieć kluczowe znaczenie dla zdrowia astronautów podczas długich misji kosmicznych.
Podsumowując, niniejsze badanie podkreśla nieoczekiwane korzyści badań kosmicznych dla medycyny lądowej. Badając ewolucję wirusów w stanie nieważkości, naukowcy odkrywają nowe sposoby zwalczania oporności na antybiotyki i ulepszania terapii fagowej zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie.
