Віруси, включно з тими, що інфікують бактерії, поводяться по-різному в умовах невагомості космосу, потенційно прискорюючи еволюцію та відкриваючи нові стратегії для боротьби зі стійкими до антибіотиків інфекціями на Землі. Дослідники з Університету Вісконсін-Медісон нещодавно опублікували результати в PLOS Biology, які демонструють, що мікрогравітація змінює взаємодію між вірусами (бактеріофагами) і бактеріями, сповільнюючи інфекцію та сприяючи унікальним генетичним змінам. Це дослідження є не лише теоретичним; це має практичне значення як для космічних подорожей, так і для земної медицини.
Унікальні виклики мікробного життя в космосі
Міжнародна космічна станція (МКС) працює як закрита екосистема, де поведінка мікроорганізмів може істотно відрізнятися від земної. Вивчення цих відмінностей має вирішальне значення, оскільки довготривалі космічні місії піддадуть астронавтів впливу патогенів, що розвиваються. Дослідження було зосереджено на бактеріофагах — вірусах, які специфічно інфікують бактерії — та їх хазяїні, Escherichia coli (E. coli), у контрольованих умовах як на МКС, так і на Землі.
Експеримент, проведений із використанням запечатаних зразків на борту космічного корабля Cygnus, виявив ключову відмінність: мікрогравітація сповільнює початкову швидкість зараження. Це не просто затримка; середовище змінює спосіб взаємодії фагів і бактерій на фундаментальному рівні. Дослідники припускають, що відсутність змішування рідин у невагомості зменшує кількість контактів між вірусом і його господарем, тоді як стрес, спричинений мікрогравітацією, може змінити захист бактерій.
Еволюція під тиском: мікрогравітація стимулює унікальні мутації
Після 23 днів на орбіті в геномах вірусів були помічені мутації, які не були виявлені в експериментах на Землі. Ці мутації особливо вплинули на гени, пов’язані зі структурою фага та взаємодією з хазяїном, що вказує на те, що мікрогравітація вибирає різні еволюційні шляхи. Це важливо, тому що «переможні» мутації в космосі різко відрізнялися від тих, що спостерігалися на Землі.
Щоб перевірити, чи можуть фаги, що виникли в космосі, подолати резистентність до антибіотиків, команда піддала їх дії штамів уропатогенної кишкової палички, яка, як відомо, є стійкою до ліків. Результати були вражаючими: адаптовані до мікрогравітації фаги ефективно вбивали стійкі бактерії. Це свідчить про те, що еволюція космосу може надати нові терапевтичні інструменти.
Наслідки для медицини Землі
Знахідки не обмежуються космічними польотами. Дослідники використали техніку глибокого мутаційного сканування, виявивши понад 1600 генетичних варіантів у геномі фага. Найуспішніші мутації мікрогравітації потім були введені в фаги та протестовані проти стійких бактерій, що виявилося ефективним. Це показує потенційний шлях для розробки нової фагової терапії для боротьби зі стійкістю до антибіотиків, зростаючою глобальною кризою охорони здоров’я.
“У дослідженні ми виявили, що фагові мутанти, збагачені мікрогравітацією, можуть лікувати та вбивати уропатичні бактерії. Отже, це свідчить про те, що в умовах мікрогравітації є щось, що робить їх актуальними для лікування патогенів на Землі”. – Доктор Шрівацан Раман, Університет Вісконсіна-Медісон
Майбутнє космічної біології
Хоча це багатообіцяюче, необхідні подальші дослідження. Проведення експериментів у космосі створює логістичні проблеми, вимагаючи суворого дотримання протоколів NASA та обмеженого розміру вибірки. Дослідники також наголошують на необхідності вивчення того, як людські мікробіоми адаптуються до тривалого космічного польоту, оскільки ці зміни можуть становити невідомі ризики.
Дослідження підкреслює, що мікроби в космосі не статичні; вони розвиваються швидко і несподівано. Той самий селективний тиск, який стимулює адаптацію на орбіті, потенційно може посилити стійкість до ліків або посилити вірулентність на Землі. Тому постійний моніторинг еволюції мікроорганізмів у космосі є критично важливим. Зрештою, унікальне середовище мікрогравітації пропонує цінну, хоча й складну, платформу для розуміння динаміки еволюції вірусів і розробки нових інструментів для боротьби з інфекційними захворюваннями.
