Ιοί που εξελίχθηκαν στο διάστημα και επέστρεψαν στη Γη εξόντωσαν πιο αποτελεσματικά τα βακτήρια
Οι επιστήμονες μετέφεραν βακτήρια και φάγους, δηλαδή ιούς που μολύνουν τα βακτήρια, στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) για να μελετήσουν την εξέλιξή τους.
Τα βακτήρια και οι ιοί που τα μολύνουν, οι λεγόμενοι φάγοι, βρίσκονται σε έναν διαρκή εξελικτικό αγώνα. Αλλά αυτή η εξέλιξη ακολουθεί μια διαφορετική πορεία όταν η μάχη λαμβάνει χώρα σε συνθήκες μικροβαρύτητας, όπως αποκαλύπτει μια μελέτη που διεξήχθη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS).
Καθώς τα βακτήρια και οι φάγοι συγκρούονται, τα βακτήρια εξελίσσουν καλύτερους μηχανισμούς άμυνας για να επιβιώσουν, ενώ οι φάγοι εξελίσσουν νέους τρόπους για να διεισδύσουν σε αυτούς τους μηχανισμούς. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 13 Ιανουαρίου στο περιοδικό PLOS Biology, περιγράφει λεπτομερώς πώς εκτυλίσσεται αυτή η αψιμαχία στο διάστημα και αποκαλύπτει γνώσεις που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να σχεδιάσουμε καλύτερα φάρμακα για τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια στη Γη.
Στη μελέτη, οι ερευνητές συνέκριναν πληθυσμούς E. coli μολυσμένους με έναν φάγο γνωστό ως T7. Ένα σύνολο μικροβίων επωάστηκε στον ISS, ενώ πανομοιότυπες ομάδες ελέγχου αναπτύχθηκαν στη Γη.
Η ανάλυση των δειγμάτων από τον διαστημικό σταθμό αποκάλυψε ότι η μικροβαρύτητα άλλαξε ριζικά την ταχύτητα και τη φύση της φάγειας λοίμωξης.
Ενώ οι φάγοι μπορούσαν ακόμα να μολύνουν και να σκοτώσουν με επιτυχία τα βακτήρια στο διάστημα, η διαδικασία διήρκεσε περισσότερο από ό,τι στα δείγματα της Γης. Σε προηγούμενη μελέτη, οι ίδιοι ερευνητές είχαν υποθέσει ότι οι κύκλοι μόλυνσης σε συνθήκες μικροβαρύτητας θα ήταν πιο αργοί, επειδή τα υγρά δεν αναμιγνύονται τόσο καλά σε συνθήκες μικροβαρύτητας όσο στη βαρύτητα της Γης.
“Αυτή η νέα μελέτη επικυρώνει την υπόθεσή μας και την προσδοκία μας”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Srivatsan Raman, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison.
Στη Γη, τα υγρά στα οποία υπάρχουν βακτήρια και ιοί αναδεύονται συνεχώς από τη βαρύτητα – το ζεστό νερό ανεβαίνει, το κρύο νερό βυθίζεται και τα βαρύτερα σωματίδια κατακάθονται στον πυθμένα. Αυτό διατηρεί τα πάντα σε κίνηση και σε σύγκρουση.
Στο διάστημα, δεν υπάρχει ανάδευση- τα πάντα απλώς επιπλέουν. Έτσι, επειδή τα βακτήρια και οι φάγοι δεν συγκρούονταν τόσο συχνά, οι φάγοι έπρεπε να προσαρμοστούν σε έναν πολύ πιο αργό ρυθμό ζωής και να γίνουν πιο αποτελεσματικοί στο να προσκολλώνται σε περαστικά βακτήρια.
Οι ειδικοί πιστεύουν ότι η κατανόηση αυτής της εναλλακτικής μορφής εξέλιξης των φάγων θα μπορούσε να τους βοηθήσει να αναπτύξουν νέες θεραπείες με φάγους. Αυτές οι αναδυόμενες θεραπείες για λοιμώξεις χρησιμοποιούν φάγους για να σκοτώσουν τα βακτήρια ή να καταστήσουν τα μικρόβια πιο ευάλωτα στα παραδοσιακά αντιβιοτικά.
“Εάν μπορέσουμε να κατανοήσουμε τι κάνουν οι φάγοι σε γενετικό επίπεδο για να προσαρμοστούν στο περιβάλλον μικροβαρύτητας, μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτή τη γνώση σε πειράματα με ανθεκτικά βακτήρια”, δήλωσε η Nicol Caplin, πρώην αστροβιολόγος στην Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη. “Και αυτό μπορεί να είναι ένα θετικό βήμα στην κούρσα για τη βελτιστοποίηση των αντιβιοτικών στη Γη.”
Η αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος αποκάλυψε ότι τόσο τα βακτήρια όσο και οι φάγοι στον ISS συσσώρευσαν ξεχωριστές γενετικές μεταλλάξεις που δεν παρατηρήθηκαν στα δείγματα στη Γη. Οι διαστημικοί ιοί συσσώρευσαν συγκεκριμένες μεταλλάξεις που ενίσχυσαν την ικανότητά τους να μολύνουν βακτήρια, καθώς και την ικανότητά τους να συνδέονται με βακτηριακούς υποδοχείς. Ταυτόχρονα, το E. coli ανέπτυξε μεταλλάξεις που προστάτευαν από τις επιθέσεις των φάγων – τροποποιώντας τους υποδοχείς τους, για παράδειγμα – και ενίσχυσαν την επιβίωσή τους σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται “βαθιά σάρωση μεταλλάξεων” για να εξετάσουν τις αλλαγές στις πρωτεΐνες δέσμευσης υποδοχέων των ιών. Διαπίστωσαν ότι οι προσαρμογές που προκαλούνται από το μοναδικό κοσμικό περιβάλλον μπορεί να έχουν πρακτικές εφαρμογές στην πατρίδα.
Όταν οι φάγοι μεταφέρθηκαν πίσω στη Γη και δοκιμάστηκαν, οι προσαρμοσμένες στο διάστημα αλλαγές στην πρωτεΐνη σύνδεσης υποδοχέα είχαν ως αποτέλεσμα αυξημένη δραστηριότητα έναντι στελεχών E. coli που προκαλούν συνήθως λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος. Αυτά τα στελέχη είναι συνήθως ανθεκτικά στους φάγους T7.
“Ήταν ένα απρόσμενο εύρημα”, είπε ο Raman. “Δεν περιμέναμε ότι οι [μεταλλαγμένοι] φάγοι που εντοπίσαμε στον ISS θα σκότωναν παθογόνα μικρόβια στη Γη.”
“Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν πώς το διάστημα μπορεί να μας βοηθήσει να βελτιώσουμε τη δραστηριότητα των θεραπειών με φάγους”, δήλωσε ο Charlie Mo, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Βακτηριολογίας του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
“Ωστόσο”, πρόσθεσε ο Mo, “πρέπει να λάβουμε υπόψη το κόστος αποστολής φάγων στο διάστημα ή προσομοίωσης μικροβαρύτητας στη Γη για να επιτύχουμε αυτά τα αποτελέσματα.”
Εκτός από το να βοηθήσει στην καταπολέμηση των λοιμώξεων σε ασθενείς στη Γη, η έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματικές θεραπείες με φάγους για χρήση σε συνθήκες μικροβαρύτητας, πρότεινε ο Mo. “Αυτό θα μπορούσε να είναι σημαντικό για την υγεία των αστροναυτών σε μακροχρόνιες διαστημικές αποστολές – για παράδειγμα, αποστολές στη Σελήνη ή τον Άρη, ή παρατεταμένες παραμονές στον ISS.”