Μια νέα μελέτη αποκάλυψε τη δυναμική των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ιών και βακτηρίων στο περιβάλλον μικροβαρύτητας του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (ISS). Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison διαπίστωσε ότι η μικροβαρύτητα μεταβάλλει τον «εξελικτικό αγώνα εξοπλισμών» μεταξύ των βακτηρίων και των ιών που τα μολύνουν (φάγοι). Στα πλαίσια της μελέτης, οι ερευνητές συνέκριναν το E. coli και τον ιικό εχθρό του, τον φάγο T7, στο διάστημα με τους ελέγχους που έγιναν στη Γη. «Ο διαστημικός χώρος αλλάζει ριζικά τον τρόπο αλληλεπίδρασης των φάγων και των βακτηρίων: η μόλυνση επιβραδύνεται και οι δύο οργανισμοί εξελίσσονται ακολουθώντας διαφορετική τροχιά από αυτή που ακολουθούν στη Γη», σημείωσαν οι συγγραφείς στο δελτίο τύπου της 13ης Ιανουαρίου.
Μεταλλάξεις σε συνθήκες μικροβαρύτητας
Στα μικροβιακά οικοσυστήματα, τα βακτήρια και οι ιοί που τα μολύνουν (φάγοι) εμπλέκονται σε έναν συνεχή εξελικτικό αγώνα, όπου το καθένα προσαρμόζεται για να ξεπεράσει τις άμυνες του άλλου. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι καλά τεκμηριωμένες στη Γη, αλλά το ιδιαίτερο περιβάλλον της μικροβαρύτητας αλλάζει ριζικά αυτή τη δυναμική. Η ζωή σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας είναι παράξενη για τα μικρόβια. Χωρίς τη βαρύτητα να τα βοηθά να βυθίζονται ή να κυκλοφορούν, οι ιοί και τα βακτήρια δεν συγκρούονται μεταξύ τους τόσο συχνά. Καθώς αυτές οι τυπικές συγκρούσεις διακόπτονται, οι δύο οργανισμοί αναγκάζονται να προσαρμοστούν με ασυνήθιστους τρόπους για να επιβιώσουν, προκαλώντας μια μορφή βιολογικού ανταγωνισμού διαφορετική από αυτή της Γης.
Για να καλύψουν το κενό στην κατανόησή μας σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο χώρος επηρεάζει τα μικρόβια, ο ερευνητής Phil Huss και η ομάδα του διεξήγαγαν μια μελέτη άμεσης σύγκρισης. Μόλυναν το E. coli με τον φάγο T7 σε δύο περιβάλλοντα: η μία ομάδα παρέμεινε στη Γη ως ομάδα ελέγχου, ενώ η άλλη στάλθηκε στο εργαστήριο σε τροχιά για να δουν πώς η μικροβαρύτητα αλλοίωσε την αλληλεπίδρασή τους. Αρχικά, οι φάγοι T7 που βρίσκονταν στον διαστημικό σταθμό αντιμετώπισαν δυσκολίες. Η μόλυνση καθυστέρησε. Τελικά, όμως, ο φάγος T7 κατάφερε να μολύνει το E. coli στο διάστημα. Ωστόσο, η βιολογική διαδικασία φαινόταν πολύ διαφορετική κάτω από το μικροσκόπιο. Η αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος έδειξε ότι οι γενετικές μεταλλάξεις τόσο στον ιό όσο και στα βακτήρια στον διαστημικό σταθμό ήταν εξόχως διαφορετικές από αυτές που βρέθηκαν στα δείγματα της Γης, αποδεικνύοντας ότι η μικροβαρύτητα αναγκάζει τη ζωή να εξελιχθεί με έναν μοναδικό τρόπο.
Επίλυση της κρίσης των υπερανθεκτικών βακτηρίων
Σε τροχιά, οι δύο οργανισμοί εξελίχθηκαν σε αντίθετες κατευθύνσεις. Οι φάγοι ανέπτυξαν μεταλλάξεις που ενίσχυσαν την ικανότητά τους να προσκολλώνται και να μολύνουν βακτηριακά κύτταρα. Από την άλλη πλευρά, το E. coli απέκτησε γενετικές αλλαγές που εμπόδιζαν αυτές τις επιθέσεις και βελτίωσαν τη συνολική επιβίωσή του σε περιβάλλον χωρίς βαρύτητα. Χρησιμοποιώντας βαθιά σάρωση μεταλλάξεων, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι αλλαγές που προκλήθηκαν από το διάστημα στο «κλειδί εισόδου» του ιού (η πρωτεΐνη σύνδεσης του υποδοχέα) ήταν θεμελιωδώς διαφορετικές από αυτές στη Γη. Όταν δοκιμάστηκαν πίσω στη Γη, αυτές οι συγκεκριμένες μεταλλάξεις μικροβαρύτητας επέτρεψαν στον ιό να επιτεθεί με επιτυχία σε ανθεκτικά στα φάρμακα στελέχη E. coli που είναι κανονικά άνοσα στον τυπικό ιό.
Όπως αναφέρει το δημοσίευμα του ιστότοπου Interesting Engineering, τα στελέχη E. coli είναι υπεύθυνα για λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος του ανθρώπου. «Συνολικά, αυτή η μελέτη υπογραμμίζει το δυναμικό της έρευνας για τους φάγους στον διαστημικό σταθμό να αποκαλύψει νέες πληροφορίες για την προσαρμογή των μικροβίων, με πιθανή συνάφεια τόσο με την εξερεύνηση του διαστήματος όσο και με την ανθρώπινη υγεία», σημείωσε η ομάδα. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τα διδάγματα από την εξελικτική διαδικασία που προκαλείται από το διάστημα για να δημιουργήσουν βελτιωμένους φάγους, ικανούς να ξεπεράσουν τις άμυνες των βακτηρίων που είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά.
Δείτε το βίντεο από τον διεθνή διαστημικό σταθμό:
