Cercetătorii au pus virusuri să atace bacterii la bordul Stației Spațiale Internaționale și au descoperit evoluții virale stranii
Aflată pe orbita joasă a Pământului, Stația Spațială Internațională (ISS) este unul dintre cele mai neobișnuite medii în care a ajuns vreodată viața. Iar cercetări publicate marți arată că bacteriofagii – virusurile care atacă bacteriile se pot comporta destul de neobișnuit în spațiu, relatează Gizmodo și SciTechDaily.
Stația Spațială Internațională (ISS) este un ecosistem închis, iar viața la bordul său, inclusiv cea microbiană sau bacteriană se comportă altfel decât pe Pământ.
Cercetătorii care au efectuat studiul publicat în revista PLOS Biology au constatat că microgravitația poate întârzia infecțiile și poate remodela evoluția atât a virusurilor bacteriofage, cât și a bacteriilor. De asemenea poate duce la identificarea unor noi combinații genetice care pot ajuta în lupta împotriva bacteriilor care provoacă anumite boli.
Studierea sistemelor bacteriofage în spațiu nu este doar o curiozitate pentru astrobiologie. „Este o modalitate practică de a înțelege și anticipa modul în care se comportă ecosistemele microbiene în navele spațiale și de a explora noi soluții pentru terapia bacteriofagică și ingineria microbiomului acasă”, a declarat pentru Space.com dr. Phil Huss, citat de Agerpres. Huss, un profesor la Universitatea din Wisconsin-Madison, este unul dintre autorii principali ai studiului.
De ce sunt cercetătorii atât de interesați de virusurile bacteriofage
Virusurile bacteriofage sunt cele mai abundente entități biologice de pe Pământ, experții estimând că există aproximativ 10 la puterea 31 astfel de corpuri virale iar oamenii de știință speră ca acestea să poată fi folosite pentru dezvoltarea unor tratamente împotriva bacteriilor rezistente la antibiotice și a altor infecții bacteriene.
Aceste virusuri funcționează ca niște „sisteme de livrare” minuscule învelite în proteine. Unele astfel de virusuri, cum ar fi T7, utilizat în acest studiu, infectează bacteriile prin atașarea la o anumită caracteristică de suprafață a celulei – adesea o moleculă încorporată în membranele exterioare ale celulei bacteriene – de unde își injectează apoi materialul său genetic în mediul intracelular.
Odată ajuns în interior, acest material genetic deturnează mecanismul bacteriei pentru a face mai multe copii ale sale. În cele din urmă, celula bacteriană moare și eliberează un nou val de particule virale care pot infecta bacteriile din apropiere.
Acest proces specific de atac al virusurilor bacteriofage declanșează apoi o cursă evolutivă a înarmării între virusuri și bacterii, deoarece bacteriile pot dezvolta rezistență la aceste atacuri prin schimbarea sau ascunderea vulnerabilităților de pe membrana celulară.
În condițiile microgravitației, lucrurile devin și mai complicate.
Un experiment inedit desfășurat la bordul Stației Spațiale Internaționale
Pentru a izola efectele microgravitației cât mai optim cu putință, echipa de cercetători a pregătit două seturi identice de eprubete cu culturi de bacterii, neagitate și incubate la aceeași temperatură timp de una, două sau patru ore și o perioadă mai lungă de 23 de zile. Un set de eprubete a fost transportat pe ISS în 2020, în timp ce celălalt a rămas la sol.
„Experimentul a trebuit să funcționeze în limite stricte ale NASA: criofiolele sigilate au trebuit să treacă teste de biocompatibilitate și scurgeri, să reziste la cicluri multiple de îngheț-dezgheț și să demonstreze că sunt sigure pentru manipularea pe orbită”, a explicat Huss. „Dimensiunea eșantionului este mult mai mică decât cea cu care suntem obișnuiți la sol, iar proiectarea unui experiment în jurul acestui aspect a fost o provocare”, a adăugat el.
Deoarece cele două experimente nu au putut funcționa perfect în paralel, echipa a înregistrat timpii exacți de incubare pe ISS și apoi i-a comparat pe Pământ ulterior, o soluție comună pentru multe experimente biologice de pe ISS.
În condiții tipice de laborator de pe Pământ, virusurile bacteriofage T7 pot infecta și ucide celulele E. coli în mai puțin de o oră. Dar în sistemul complet sigilat și configurația fără agitare, care a imitat condițiile de microgravitație, sistemul s-a mișcat în general mai lent.
Pe Pământ, grupul de control a prezentat o creștere a infecțiilor virale pe bacterii între două și patru ore, dar în microgravitație, creșterea nu a apărut în niciuna dintre perioadele de incubație mai scurte, sugerând că procesul de infectare virală a bacteriilor a încetinit. Cu toate acestea, flacoanele cu timpi de incubație mai lungi au spus o poveste diferită, deoarece după 23 de zile pe orbită, procesul de infectare a avut succes, cu mai puține E. coli găsite în flacoane.
„Emitem ipoteza că amestecarea redusă a fluidelor în microgravitație, deoarece nu există convecție determinată de gravitație, scade rata de întâlnire dintre virusurile bacteriofage și bacterii și că stresul indus de microgravitație asupra gazdei poate altera expresia receptorilor sau procesele intracelulare, încetinind și mai mult infecția productivă”, a adăugat Huss.
Cu alte cuvinte, în microgravitație, virusurile și bacteriile nu se întâlnesc la fel de des și bacteriile ar fi putut evolua pentru a fi mai rezistente la atacurile virale, astfel încât întregul ciclu începe mai târziu decât pe Pământ.
Microgravitația a influențat evoluția virusurilor
După 23 de zile, echipa a analizat structura genetică a virusurilor și a observat mutații specifice microgravitației în genomul lor, în special în genele legate de structură și interacțiunea cu bacteria gazdă. Aceste mutații au schimbat modul în care virusul infectează bacteria.
„Pentru mine, una dintre cele mai izbitoare descoperiri a fost nu doar faptul că mutațiile au apărut în genomul virusului, ci și faptul că microgravitația a împins evoluția în direcții pe care încă nu le înțelegem pe deplin”, a spus Huss.
Pe baza descoperirilor lor, microgravitația ar putea nu doar să schimbe cât de repede se produce infecția, ci și care dintre genele unui virus contează cel mai mult atunci când vine vorba de infectarea cu succes a unei gazde bacteriene.
„Abia începem să zgâriem la suprafață”, a declarat pentru Space.com dr. Srivatsan Raman de la Universitatea din Wisconsin-Madison, un alt autor principal al studiului.
„Ceea ce am descoperit în studiu a fost că virusurile mutante care au fost îmbogățite în microgravitație ar putea trata bacteriile uropate și le-ar putea ucide. Acest lucru ne spune că există ceva legat de condiția de microgravitație care o face relevantă pentru tratarea agenților patogeni de pe Pământ”, a adăugat Raman.
Experimentul desfășurat în spațiu poate avea implicații majore pe Pământ
Virusurile nu au fost singurele care s-au modificat, bacteriile au evoluat la rândul lor. E. coli expusă virusului a acumulat mult mai multe mutații decât bacteriile fără amenințări din partea acestuia, în concordanță cu presiunea de selecție care împinge această cursă colectivă a înarmării.
Descoperirea are implicații majore pentru posibile tratamente ale bolilor bacteriene aici, pe Pământ, de la intoxicația cu salmonella la pneumonie și sepsis. Însă efectuarea testelor suplimentare necesare pentru a ajunge acolo ar putea fi dificilă.
În plus, aceste rezultate sugerează că microbii spațiali nu vor stagna evolutiv, ci se vor adapta și vor evolua în moduri specifice microgravitației și diferite față de mediul terestru.
Pentru medicină rezultatele acestui studiu sunt promițătoare pentru că microgravitația ar putea ajuta oamenii de știință să dezvolte virusuri bacteriofage care pot ucide bacterii care au dezvoltat rezistență la alte tipuri de tratamente.
„Trebuie doar să facem mai multe experimente cu condiții mai complexe”, a subliniat dr. Srivatsan Raman.
hotnews.ro
