Wirusy, w tym te infekujące bakterie, zachowują się inaczej w nieważkości przestrzeni kosmicznej, potencjalnie przyspieszając ewolucję i otwierając nowe strategie zwalczania infekcji opornych na antybiotyki na Ziemi. Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison opublikowali niedawno w PLOS Biology wyniki wykazujące, że mikrograwitacja zmienia interakcję między wirusami (bakteriofagami) a bakteriami, spowalniając infekcję i sprzyjając unikalnym zmianom genetycznym. Niniejsze badanie ma charakter nie tylko teoretyczny; ma to praktyczne implikacje zarówno dla podróży kosmicznych, jak i medycyny lądowej.
Wyjątkowe wyzwania związane z życiem drobnoustrojów w kosmosie
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) funkcjonuje jako zamknięty ekosystem, w którym zachowanie mikroorganizmów może znacznie różnić się od zachowania na Ziemi. Badanie tych różnic ma kluczowe znaczenie, ponieważ długotrwałe misje kosmiczne narażają astronautów na działanie ewoluujących patogenów. Badania skupiały się na bakteriofagach – wirusach specyficznie infekujących bakterie – i ich gospodarzu, Escherichia coli (E. coli), w kontrolowanych warunkach zarówno na ISS, jak i na Ziemi.
Eksperyment przeprowadzony z użyciem zapieczętowanych próbek na pokładzie statku kosmicznego Cygnus ujawnił kluczową różnicę: mikrograwitacja spowalnia początkowe tempo infekcji. To nie tylko opóźnienie; środowisko zmienia sposób interakcji fagów i bakterii na podstawowym poziomie. Naukowcy sugerują, że brak mieszania się płynów przy zerowej grawitacji zmniejsza liczbę kontaktów między wirusem a żywicielem, a stres wywołany mikrograwitacją może zmienić mechanizmy obronne bakterii.
Ewolucja pod presją: mikrograwitacja stymuluje unikalne mutacje
Po 23 dniach na orbicie zaobserwowano mutacje w genomach wirusów, których nie stwierdzono w eksperymentach na Ziemi. Mutacje te szczególnie wpływały na geny związane ze strukturą faga i interakcją z gospodarzem, co wskazuje, że mikrograwitacja wybiera różne ścieżki ewolucyjne. Jest to ważne, ponieważ „zwycięskie” mutacje w kosmosie radykalnie różniły się od tych obserwowanych na Ziemi.
Aby sprawdzić, czy fagi ewoluujące w kosmosie są w stanie przezwyciężyć oporność na antybiotyki, zespół poddał je działaniu uropatogennych szczepów E. coli, o których wiadomo, że są lekooporne. Wyniki były zdumiewające: fagi przystosowane do mikrograwitacji skutecznie zabijały oporne bakterie. Sugeruje to, że ewolucja w przestrzeni kosmicznej może dostarczyć nowych narzędzi terapeutycznych.
Implikacje dla medycyny ziemskiej
Odkrycia nie ograniczają się do lotów kosmicznych. Naukowcy zastosowali technikę głębokiego skanowania mutacyjnego, identyfikując ponad 1600 wariantów genetycznych w genomie faga. Następnie najskuteczniejsze mutacje mikrograwitacyjne wprowadzono do fagów i przetestowano na opornych bakteriach, co okazało się skuteczne. Pokazuje to potencjalną ścieżkę rozwoju nowych terapii fagowych w celu zwalczania oporności na antybiotyki, co stanowi narastający globalny kryzys zdrowotny.
“W badaniu odkryliśmy, że mutanty fagów wzbogacone w mikrograwitację mogą leczyć i zabijać bakterie uropatyczne. Sugeruje to, że jest coś w warunkach mikrograwitacji, co czyni je przydatnymi w leczeniu patogenów na Ziemi.” – Dr Srivatsan Raman, Uniwersytet Wisconsin-Madison
Przyszłość biologii kosmicznej
Chociaż obiecujące, potrzebne są dalsze badania. Prowadzenie eksperymentów w kosmosie stwarza wyzwania logistyczne, wymagające ścisłego przestrzegania protokołów NASA i ograniczonych rozmiarów próbek. Naukowcy podkreślają również potrzebę zbadania, w jaki sposób ludzkie mikrobiomy przystosowują się do długotrwałych lotów kosmicznych, ponieważ zmiany te mogą stwarzać nieznane ryzyko.
Badanie podkreśla, że drobnoustroje w kosmosie nie są statyczne; ewoluują szybko i nieoczekiwanie. Te same selektywne naciski, które napędzają adaptację na orbicie, mogą potencjalnie zaostrzyć oporność na leki lub zwiększyć zjadliwość na Ziemi. Ciągłe monitorowanie ewolucji mikroorganizmów w przestrzeni kosmicznej ma zatem kluczowe znaczenie. Ostatecznie wyjątkowe środowisko mikrograwitacji oferuje cenną, choć złożoną platformę do zrozumienia dynamiki ewolucji wirusów i opracowania nowych narzędzi do zwalczania chorób zakaźnych.
