Uit nieuw onderzoek aan boord van het Internationale Ruimtestation (ISS) blijkt dat de unieke omstandigheden van microzwaartekracht de dynamiek tussen bacteriofagen – virussen die bacteriën infecteren – en hun bacteriële gastheren aanzienlijk veranderen. De studie, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison en Rhodium Scientific Inc., laat zien hoe de afwezigheid van gewicht de infectiepercentages, genetische aanpassing en zelfs het potentieel voor verbeterde terrestrische biotechnologie beïnvloedt.
Vertraagde infectie, versnelde evolutie
Experimenten met de T7-bacteriofaag en Escherichia coli -bacteriën lieten een duidelijke vertraging in de infectie zien onder microzwaartekrachtomstandigheden. Terwijl T7-fagen doorgaans E. coli binnen 30 minuten op aarde werd gedurende de eerste uren in de ruimte geen meetbare virusgroei waargenomen. Na 23 dagen plantten de bacteriofagen zich echter met succes voort, waardoor de bacteriepopulaties afnamen. Dit geeft aan dat microzwaartekracht de infectie niet voorkomt, maar in eerste instantie vertraagt.
De vertraging wordt waarschijnlijk veroorzaakt door verminderde vloeistofconvectie bij afwezigheid van zwaartekracht, waardoor de fysieke ontmoeting tussen virale deeltjes en bacteriële cellen wordt belemmerd. Deze verstoring van de normale menging beïnvloedt de vroege stadia van de infectie, waardoor bacteriën een tijdelijk voordeel krijgen.
Genetische mutaties onthullen adaptieve druk
Om de gevolgen op de lange termijn te begrijpen, hebben onderzoekers de genomen van zowel bacteriofagen als bacteriën gesequenced na langdurige incubatie in microzwaartekracht. De resultaten toonden een overvloed aan nieuwe mutaties in beide organismen, wat bevestigde dat ze zich aanpasten aan de ruimteomgeving. Cruciaal is dat de patronen van deze mutaties verschilden van die waargenomen onder de zwaartekracht van de aarde, wat erop wijst dat er in de ruimte een unieke selectieve druk speelt.
Het onderzoek richtte zich specifiek op het receptorbindende eiwit van de bacteriofaag – een cruciaal onderdeel dat bepaalt hoe effectief een virus zijn gastheer herkent en infecteert. Diepe mutatiescanning bracht significante verschillen aan het licht in de evolutie van dit eiwit tussen microzwaartekracht- en terrestrische experimenten.
Ruimtegestuurde aanpassingen verbeteren toepassingen op land
Misschien wel de meest verrassende bevinding is dat bacteriofaagvarianten die in microzwaartekracht zijn geëvolueerd, een verhoogde effectiviteit vertoonden tegen geneesmiddelresistente stammen van E. coli op aarde. Dit suggereert dat de selectieve druk van de ruimte virale aanpassingen met waardevolle terrestrische toepassingen kan genereren, waardoor mogelijk nieuwe wegen worden geopend voor faagtherapie en biotechnologie.
“Het onderzoeken van faagactiviteit in niet-terrestrische omgevingen onthult nieuwe genetische determinanten van fitheid en opent nieuwe wegen voor het manipuleren van fagen voor gebruik op het land.”
Het succes van dit onderzoek vormt een basis voor toekomstig onderzoek naar het ISS. Door te bestuderen hoe virussen en bacteriën onder extreme omstandigheden evolueren, kunnen wetenschappers nieuwe manieren ontdekken om antibioticaresistentie te bestrijden, geavanceerde diagnostische hulpmiddelen te ontwikkelen en de kracht van fagen te benutten voor een reeks biotechnologische doeleinden.
Deze studie versterkt de waarde van ruimteonderzoek, niet alleen voor het begrijpen van fundamentele biologische processen, maar ook voor het genereren van praktische oplossingen voor urgente terrestrische uitdagingen.
P. Huss et al. 2026. Microzwaartekracht verandert de co-evolutie van bacteriofaag en gastheer aan boord van het Internationale Ruimtestation. PLoS Biol 24 (1): e3003568; doi: 10.1371/journal.pbio.3003568
