Віруси, які еволюціонували в унікальному середовищі Міжнародної космічної станції (МКС), демонструють підвищену ефективність у знищенні бактерій після повернення на Землю. Результати, опубліковані в журналі PLOS Biology 13 січня, показують, як невагомість фундаментально змінює еволюційну гонку між бактеріями та вірусами, які їх інфікують (фагами). Це дослідження стосується не лише космічної біології; це має пряме значення для розробки більш потужних інструментів для боротьби зі стійкими до антибіотиків бактеріями на Землі.
Еволюційний зсув у невагомості
Бактерії та фаги знаходяться в постійній гонці озброєнь: бактерії розвивають захист, фаги — способи їх обійти. Але ця конкуренція відбувається по-іншому в космосі, де відсутність гравітації створює повільніший, більш цілеспрямований еволюційний процес. Дослідники з Університету Вісконсін-Медісон порівняли популяції E. coli, інфікованих фагом Т7 на МКС, і ідентичних контрольних груп на Землі.
Дослідження підтверджує попередні гіпотези про те, що цикли фагової інфекції сповільнюються в умовах мікрогравітації через зменшення змішування рідин. На Землі гравітація змішує рідини, дозволяючи бактеріям і вірусам залишатися в постійному контакті. У космосі це змішування не відбувається природним шляхом, змушуючи фаги адаптуватися до повільніших темпів і стати більш ефективними при прикріпленні до бактерій.
Генетичні мутації збільшують силу вірусу
Повне секвенування геному показало, що і бактерії, і фаги на МКС накопичують унікальні генетичні мутації, які не спостерігалися в наземних зразках. Космічні віруси отримали мутації, які збільшують їхню здатність інфікувати бактерії та зв’язуватися з бактеріальними рецепторами. У той же час E. coli розвинули засоби захисту від цих атак, включаючи модифікацію своїх рецепторів, щоб протистояти фаговій інфекції та підвищити їх виживання в умовах мікрогравітації.
Потім дослідники використали глибоке сканування мутацій, щоб проаналізувати зміни в білках, які зв’язуються з рецепторами вірусів. Дивно, що адаптовані до космосу фаги, повернуті на Землю, показали підвищену активність проти стійких до антибіотиків штамів E. coli – особливо тих, які часто викликають інфекції сечовивідних шляхів. Цей несподіваний результат демонструє, що еволюційний тиск космосу може призвести до вірусів із підвищеною летальністю в земних умовах.
«Це була випадкова знахідка», — сказав провідний автор дослідження Сріватсан Раман. «Ми не очікували, що [мутантні] фаги, які ми ідентифікували на МКС, вбиватимуть патогени на Землі».
Наслідки для фагової терапії
Ці відкриття мають важливе значення для фагової терапії, багатообіцяючого лікування, яке використовує віруси для знищення бактерій або підвищення ефективності антибіотиків. Експерти припускають, що розуміння того, як фаги адаптуються до мікрогравітації на генетичному рівні, може допомогти оптимізувати стратегії боротьби з антибіотиками на Землі.
Чарлі Мо, доцент Університету Вісконсіна-Медісон, зазначає, що хоча дослідження виглядає багатообіцяючим, вартість космічних експериментів або моделювання невагомості залишається проблемою. Однак потенційні переваги виходять за межі наземного застосування; більш ефективна фаготерапія може бути життєво важливою для здоров’я астронавтів під час тривалих космічних місій.
На завершення це дослідження підкреслює несподівані переваги космічних досліджень для земної медицини. Вивчаючи, як віруси розвиваються в невагомості, вчені відкривають нові способи боротьби зі стійкістю до антибіотиків і вдосконалення фагової терапії як на Землі, так і в космосі.
