Neue an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass die einzigartigen Bedingungen der Mikrogravitation die Dynamik zwischen Bakteriophagen – Viren, die Bakterien infizieren – und ihren bakteriellen Wirten erheblich verändern. Die von Forschern der University of Wisconsin-Madison und Rhodium Scientific Inc. durchgeführte Studie zeigt, wie sich das Fehlen von Gewicht auf die Infektionsraten, die genetische Anpassung und sogar auf das Potenzial für eine verbesserte terrestrische Biotechnologie auswirkt.
Verzögerte Infektion, beschleunigte Evolution
Experimente mit dem Bakteriophagen T7 und den Bakterien Escherichia coli zeigten eine deutliche Verzögerung der Infektion unter Schwerelosigkeitsbedingungen. Während T7-Phagen typischerweise E infizieren und zerstören. coli innerhalb von 30 Minuten auf der Erde, wurde in den ersten Stunden im Weltraum kein messbares Viruswachstum beobachtet. Nach 23 Tagen vermehrten sich die Bakteriophagen jedoch erfolgreich und reduzierten die Bakterienpopulationen. Dies weist darauf hin, dass die Mikrogravitation eine Infektion nicht verhindert, sondern sie zunächst eher verlangsamt.
Die Verzögerung wird wahrscheinlich durch eine verringerte Flüssigkeitskonvektion ohne Schwerkraft verursacht, die die physische Begegnung zwischen Viruspartikeln und Bakterienzellen behindert. Diese Störung der normalen Vermischung wirkt sich auf die frühen Infektionsstadien aus und verschafft den Bakterien einen vorübergehenden Vorteil.
Genetische Mutationen offenbaren adaptiven Druck
Um die langfristigen Folgen zu verstehen, sequenzierten Forscher die Genome sowohl von Bakteriophagen als auch von Bakterien nach längerer Inkubation in der Schwerelosigkeit. Die Ergebnisse zeigten eine Fülle neuer Mutationen in beiden Organismen und bestätigten, dass sie sich an die Weltraumumgebung angepasst hatten. Entscheidend ist, dass sich die Muster dieser Mutationen von denen unterschieden, die unter der Schwerkraft der Erde beobachtet wurden, was darauf hindeutet, dass im Weltraum einzigartige selektive Drücke wirken.
Die Studie konzentrierte sich speziell auf das Rezeptorbindungsprotein des Bakteriophagen – eine entscheidende Komponente, die bestimmt, wie effektiv ein Virus seinen Wirt erkennt und infiziert. Deep Mutational Scanning zeigte signifikante Unterschiede in der Entwicklung dieses Proteins zwischen Schwerelosigkeits- und terrestrischen Experimenten.
Weltraumgestützte Anpassungen verbessern terrestrische Anwendungen
Das vielleicht überraschendste Ergebnis ist, dass in der Schwerelosigkeit entwickelte Bakteriophagenvarianten eine erhöhte Wirksamkeit gegen arzneimittelresistente Stämme von E zeigten. coli auf der Erde. Dies deutet darauf hin, dass der selektive Druck des Weltraums virale Anpassungen mit wertvollen terrestrischen Anwendungen hervorrufen kann, was möglicherweise neue Wege für die Phagentherapie und Biotechnologie eröffnet.
„Die Erforschung der Phagenaktivität in nicht-terrestrischen Umgebungen enthüllt neue genetische Determinanten der Fitness und eröffnet neue Wege für die Entwicklung von Phagen für den terrestrischen Einsatz.“
Der Erfolg dieser Forschung bildet die Grundlage für zukünftige Untersuchungen auf der ISS. Durch die Untersuchung der Entwicklung von Viren und Bakterien unter extremen Bedingungen können Wissenschaftler neue Wege zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen entdecken, fortschrittliche Diagnosewerkzeuge entwickeln und die Leistungsfähigkeit von Phagen für eine Reihe biotechnologischer Zwecke nutzen.
Diese Studie unterstreicht den Wert weltraumgestützter Forschung nicht nur für das Verständnis grundlegender biologischer Prozesse, sondern auch für die Entwicklung praktischer Lösungen für drängende terrestrische Herausforderungen.
P. Huss et al. 2026. Mikrogravitation verändert die Koevolution von Bakteriophagen und Wirt an Bord der Internationalen Raumstation. PLoS Biol 24 (1): e3003568; doi: 10.1371/journal.pbio.3003568
