Nowe badania przeprowadzone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) pokazują, że wyjątkowe warunki mikrograwitacji znacząco zmieniają dynamikę między bakteriofagami – wirusami infekującymi bakterie – a ich bakteryjnymi gospodarzami. Badanie prowadzone pod kierunkiem naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison i Rhodium Scientific Inc. pokazuje, jak brak masy ciała wpływa na częstość infekcji, adaptację genetyczną, a nawet na potencjał ulepszenia biotechnologii lądowej.
Powolna infekcja, przyspieszona ewolucja
Eksperymenty z bakteriofagiem T7 i bakterią Escherichia coli wykazały wyraźne spowolnienie infekcji w warunkach mikrograwitacji. Chociaż fagi T7 zazwyczaj infekują i zabijają E. coli w ciągu 30 minut na Ziemi, przez pierwsze godziny w kosmosie nie zaobserwowano wzrostu wirusa. Jednak po 23 dniach bakteriofagi skutecznie się namnażyły, zmniejszając populację bakterii. Oznacza to, że mikrograwitacja nie zapobiega infekcji, ale raczej spowalnia ją na początku.
Opóźnienie jest prawdopodobnie spowodowane zmniejszoną konwekcją płynu przy braku grawitacji, co utrudnia fizyczny kontakt między cząsteczkami wirusa a komórkami bakteryjnymi. To zakłócenie normalnego mieszania wpływa na wczesne etapy infekcji, dając bakteriom tymczasową przewagę.
Mutacje genetyczne ujawniają presję adaptacyjną
Aby zrozumieć długoterminowe skutki, naukowcy zsekwencjonowali genomy zarówno bakteriofagów, jak i bakterii po długotrwałej inkubacji w warunkach mikrograwitacji. Wyniki wykazały obfitość nowych mutacji w obu organizmach, potwierdzając ich adaptację do środowiska kosmicznego. Należy zauważyć, że wzorce tych mutacji różniły się od tych obserwowanych pod wpływem grawitacji ziemskiej, co sugeruje obecność unikalnych czynników selekcji w przestrzeni.
Badanie skupiło się w szczególności na białku, które wiąże się z receptorem bakteriofaga, kluczowym składnikiem decydującym o tym, jak skutecznie wirus rozpoznaje i infekuje swojego żywiciela. Głębokie skanowanie mutacji ujawniło istotne różnice w ewolucji tego białka pomiędzy eksperymentami w mikrograwitacji i na Ziemi.
Adaptacje wywołane przestrzenią kosmiczną usprawniają zastosowania naziemne
Być może najbardziej zaskakującym odkryciem było to, że warianty bakteriofagów ewoluujące w warunkach mikrograwitacji wykazały zwiększoną skuteczność przeciwko lekoopornym szczepom E. coli na Ziemi. Sugeruje to, że selektywna presja przestrzeni kosmicznej może generować adaptacje wirusów o cennych zastosowaniach naziemnych, potencjalnie otwierając nowe możliwości terapii fagowej i biotechnologii.
„Badanie aktywności fagów w środowiskach pozaziemskich ujawnia nowe genetyczne determinanty przystosowania i otwiera nowe możliwości rozwoju fagów do użytku naziemnego”.
Sukces tych badań kładzie podwaliny pod przyszłe badania ISS. Badając ewolucję wirusów i bakterii w ekstremalnych warunkach, naukowcy mogą odkryć nowe sposoby zwalczania oporności na antybiotyki, opracować zaawansowane narzędzia diagnostyczne i wykorzystać moc fagów do szerokiego zakresu zastosowań biotechnologicznych.
Badanie to potwierdza wartość badań kosmicznych nie tylko dla zrozumienia podstawowych procesów biologicznych, ale także dla tworzenia praktycznych rozwiązań palących problemów ziemskich.
P. Huss i in. 2026. Mikrograwitacja zmienia koewolucję bakteriofaga i żywiciela na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. PLoS Biol 24(1):e3003568; doi: 10.1371/journal.pbio.3003568
