Virussen, inclusief de virussen die bacteriën infecteren, gedragen zich anders in de gewichtloze omgeving van de ruimte, waardoor mogelijk de evolutie wordt versneld en nieuwe strategieën worden onthuld voor het bestrijden van antibioticaresistente infecties op aarde. Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison publiceerden onlangs bevindingen in PLOS Biology die aantonen dat microzwaartekracht de interactie tussen virussen (bacteriofagen) en bacteriën verandert, waardoor infecties worden vertraagd en unieke genetische veranderingen worden veroorzaakt. Dit onderzoek is niet alleen theoretisch; het heeft praktische implicaties voor zowel de ruimtevaart als de terrestrische geneeskunde.
De unieke uitdagingen van microbieel leven in de ruimte
Het Internationale Ruimtestation (ISS) functioneert als een gesloten ecosysteem, waar het gedrag van microben aanzienlijk kan afwijken van dat op aarde. Het bestuderen van deze verschillen is van cruciaal belang, omdat langdurige ruimtemissies astronauten zullen blootstellen aan evoluerende ziekteverwekkers. Het onderzoek richtte zich op bacteriofagen – virussen die specifiek bacteriën infecteren – en hun gastheer, Escherichia coli (E. coli), onder gecontroleerde omstandigheden, zowel in het ISS als op aarde.
Het experiment, uitgevoerd met verzegelde monsters aan boord van het Cygnus-ruimtevaartuig, bracht een belangrijk verschil aan het licht: microzwaartekracht vertraagt het aanvankelijke infectiepercentage. Dit is geen simpele vertraging; de omgeving verandert de manier waarop fagen en bacteriën op een fundamenteel niveau met elkaar omgaan. Onderzoekers theoretiseren dat het gebrek aan vloeistofmenging bij gewichtloosheid de ontmoetingen tussen het virus en zijn gastheer vermindert, terwijl stress veroorzaakt door microzwaartekracht de bacteriële afweer kan veranderen.
Evolutie onder druk: microzwaartekracht zorgt voor unieke mutaties
Na 23 dagen in een baan om de aarde vertoonden de virale genomen mutaties die niet te zien waren in experimenten op aarde. Deze mutaties beïnvloedden specifiek genen die verband houden met de faagstructuur en gastheerinteractie, wat suggereert dat microzwaartekracht selecteert voor verschillende evolutionaire routes. Dit is belangrijk omdat de ‘winnende’ mutaties in de ruimte scherp verschilden van die op aarde.
Om te testen of deze in de ruimte ontwikkelde fagen de antibioticaresistentie konden overwinnen, stelde het team ze bloot aan uropathogene E. coli-stammen, bekend om hun medicijnresistentie. De resultaten waren opvallend: de fagen die zich aan microzwaartekracht hadden aangepast, doodden de resistente bacteriën effectief. Dit suggereert dat op de ruimte gebaseerde evolutie nieuwe therapeutische hulpmiddelen kan opleveren.
Implicaties voor op aarde gebaseerde geneeskunde
De bevindingen beperken zich niet tot ruimtevaart. De onderzoekers maakten gebruik van een techniek genaamd deep Mutational Scanning, waarmee meer dan 1.600 genetische varianten in het faaggenoom werden geïdentificeerd. De meest succesvolle mutaties op het gebied van microzwaartekracht werden vervolgens in fagen gemanipuleerd en getest tegen resistente bacteriën, wat hun werkzaamheid bewees. Dit benadrukt een potentieel traject voor het ontwikkelen van nieuwe faagtherapieën om antibioticaresistentie te bestrijden – een groeiende mondiale gezondheidscrisis.
“Wat we in het onderzoek ontdekten was dat faagmutanten die verrijkt waren in microzwaartekracht uropathische bacteriën konden behandelen en doden. Dit vertelt ons dus dat er iets is aan de microzwaartekracht die het relevant maakt voor de behandeling van ziekteverwekkers op aarde.” – Dr. Srivatsan Raman, Universiteit van Wisconsin-Madison
De toekomst van de ruimtebiologie
Hoewel veelbelovend, is verder onderzoek nodig. Het uitvoeren van experimenten in de ruimte is een logistieke uitdaging en vereist strikte NASA-protocollen en beperkte steekproefomvang. Onderzoekers benadrukken ook de noodzaak om te bestuderen hoe menselijke microbiomen zich aanpassen aan langdurige ruimtevluchten, omdat deze veranderingen onbekende risico’s met zich mee kunnen brengen.
De studie onderstreept dat microben niet statisch zijn in de ruimte; ze evolueren snel en op onverwachte manieren. Dezelfde selectieve druk die aanpassing in een baan om de aarde stimuleert, zou mogelijk de resistentie tegen geneesmiddelen kunnen verergeren of de virulentie op aarde kunnen vergroten. Continue monitoring van de microbiële evolutie in de ruimte is daarom cruciaal. Uiteindelijk biedt de unieke omgeving van microzwaartekracht een waardevol, zij het complex, platform voor het ontrafelen van de dynamiek van de virale evolutie en het ontwikkelen van nieuwe hulpmiddelen om infectieziekten te bestrijden.
