Нове дослідження, проведене на Міжнародній космічній станції (МКС), показує, що унікальні умови мікрогравітації значно змінюють динаміку між бактеріофагами — вірусами, які інфікують бактерії — та їх бактеріальними господарями. Дослідження, очолюване вченими з Університету Вісконсіна-Медісон і Rhodium Scientific Inc., демонструє, як недолік ваги впливає на рівень зараження, генетичну адаптацію та навіть потенціал для вдосконалення наземних біотехнологій.
Повільне зараження, прискорена еволюція
Експерименти з бактеріофагом Т7 і бактерією Escherichia coli показали явне уповільнення інфекції в умовах мікрогравітації. Хоча фаги T7 зазвичай інфікують і вбивають E. coli протягом 30 хвилин на Землі, зростання вірусу не спостерігалося протягом перших годин у космосі. Однак через 23 дні бактеріофаги успішно розмножилися, зменшивши популяцію бактерій. Це вказує на те, що мікрогравітація не запобігає інфекції, а скоріше сповільнює її спочатку.
Ймовірно, затримка викликана зниженням конвекції рідини за відсутності гравітації, що ускладнює фізичний контакт між вірусними частинками та бактеріальними клітинами. Це порушення нормального змішування впливає на ранні стадії інфекції, надаючи бактеріям тимчасову перевагу.
Генетичні мутації виявляють адаптивний тиск
Щоб зрозуміти довгострокові наслідки, дослідники секвенували геноми як бактеріофагів, так і бактерій після тривалої інкубації в умовах мікрогравітації. Результати показали велику кількість нових мутацій в обох організмах, що підтверджує їх адаптацію до космічного середовища. Важливо відзначити, що закономірності цих мутацій відрізнялися від тих, що спостерігалися в умовах земної гравітації, що свідчить про наявність унікальних факторів відбору в космосі.
Дослідження було зосереджено на білку, який зв’язується з рецептором бактеріофага, критичним компонентом, який визначає, наскільки ефективно вірус розпізнає та заражає свого господаря. Глибоке сканування мутацій виявило значні відмінності в еволюції цього білка між експериментами в умовах мікрогравітації та на Землі.
Адаптація, викликана космосом, покращує застосування на Землі
Мабуть, найдивовижнішим відкриттям було те, що варіанти бактеріофагів, які виникли в умовах мікрогравітації, показали підвищену ефективність проти стійких до ліків штамів E. coli на Землі. Це свідчить про те, що селективний тиск космосу може генерувати вірусні адаптації з цінними наземними застосуваннями, потенційно відкриваючи нові шляхи для фагової терапії та біотехнології.
«Дослідження активності фагів у неземному середовищі відкриває нові генетичні детермінанти придатності та відкриває нові можливості для розробки фагів для використання на землі».
Успіх цього дослідження закладає основу для майбутніх досліджень МКС. Вивчаючи еволюцію вірусів і бактерій в екстремальних умовах, вчені можуть відкрити нові способи боротьби зі стійкістю до антибіотиків, розробити передові інструменти діагностики та використовувати потужність фагів для широкого спектру біотехнологічних застосувань.
Це дослідження підтверджує цінність космічних досліджень не лише для розуміння фундаментальних біологічних процесів, а й для створення практичних рішень нагальних земних проблем.
П. Гусс та ін. 2026. Мікрогравітація змінює коеволюцію бактеріофага та господаря на борту Міжнародної космічної станції. PLoS Biol 24(1):e3003568; doi: 10.1371/journal.pbio.3003568
