Ιοί που εξελίχθηκαν στον διεθνή διαστημικό σταθμό δείχνουν αυξημένη ικανότητα να σκοτώνουν βακτήρια

Οι συνθήκες σχεδόν μηδενικής βαρύτητας μπορούν να προκαλέσουν μεταλλάξεις στα γονίδια και να αλλάξουν τη φυσική δομή βακτηρίων και βακτηριοφάγων, διαταράσσοντας τις φυσιολογικές αλληλεπιδράσεις τους με τρόπους που ενδέχεται να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση λοιμώξεων ανθεκτικών στα φάρμακα.

Τα βακτήρια και οι ιοί που τα μολύνουν, γνωστοί ως βακτηριοφάγοι ή φάγοι, βρίσκονται σε έναν συνεχή εξελικτικό «αγώνα εξοπλισμού». Ωστόσο, όπως αποκαλύπτει μελέτη που πραγματοποιήθηκε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΔΣ), αυτή η εξέλιξη ακολουθεί διαφορετική πορεία όταν η «μάχη» λαμβάνει χώρα σε συνθήκες μικροβαρύτητας.

Καθώς βακτήρια και φάγοι συγκρούονται εξελικτικά, τα βακτήρια αναπτύσσουν καλύτερους αμυντικούς μηχανισμούς για να επιβιώσουν, ενώ οι φάγοι εξελίσσουν νέους τρόπους για να τους παρακάμπτουν. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 13 Ιανουαρίου στο επιστημονικό περιοδικό PLOS Biology, περιγράφει λεπτομερώς πώς εξελίσσεται αυτή η αντιπαράθεση στο διάστημα και αποκαλύπτει στοιχεία που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών θεραπειών κατά των βακτηρίων που εμφανίζουν αντοχή στα αντιβιοτικά στη Γη.

Στη μελέτη, οι ερευνητές συνέκριναν πληθυσμούς του βακτηρίου E. coli που είχαν μολυνθεί από έναν βακτηριοφάγο γνωστό ως Τ7. Ένα σύνολο μικροοργανισμών επωάστηκε στον ΔΔΣ, ενώ πανομοιότυπες ομάδες ελέγχου καλλιεργήθηκαν στη Γη. Η ανάλυση των δειγμάτων από τον διαστημικό σταθμό έδειξε ότι η μικροβαρύτητα μεταβάλλει θεμελιωδώς τόσο την ταχύτητα όσο και τη φύση της μόλυνσης από φάγους.

Παρότι οι φάγοι μπορούσαν να μολύνουν και να σκοτώσουν επιτυχώς τα βακτήρια στο διάστημα, η διαδικασία απαιτούσε περισσότερο χρόνο σε σύγκριση με τα 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 αναμειγνύονται τόσο αποτελεσματικά όσο υπό την επίδραση της γήινης βαρύτητας.

«Η νέα αυτή μελέτη επιβεβαιώνει την υπόθεση και τις προσδοκίες μας», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Σριβατσάν Ραμάν, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Γουισκόνσιν–Μάντισον.

Στη Γη, τα υγρά μέσα στα οποία βρίσκονται βακτήρια και ιοί, αναδεύονται διαρκώς λόγω της βαρύτητας: το ζεστό νερό ανεβαίνει, το κρύο κατεβαίνει και τα βαρύτερα σωματίδια καθιζάνουν. Αυτό διατηρεί τα πάντα σε συνεχή κίνηση και επαφή.

Στο διάστημα, όμως, δεν υπάρχει αυτή η ανάδευση- τα πάντα απλώς αιωρούνται. Έτσι, επειδή τα βακτήρια και οι φάγοι δεν έρχονταν σε επαφή τόσο συχνά, οι φάγοι αναγκάστηκαν να προσαρμοστούν σε έναν πολύ πιο αργό «ρυθμό ζωής» και να γίνουν πιο αποτελεσματικοί στο να προσκολλώνται στα βακτήρια.

Οι ειδικοί θεωρούν ότι η κατανόηση αυτής της εναλλακτικής μορφής εξέλιξης των φάγων θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων φαγοθεραπειών. Οι αναδυόμενες αυτές θεραπείες χρησιμοποιούν βακτηριοφάγους για να σκοτώσουν βακτήρια ή να τα καταστήσουν πιο ευάλωτα στα παραδοσιακά αντιβιοτικά.

«Αν μπορέσουμε να κατανοήσουμε τι κάνουν οι φάγοι σε γενετικό επίπεδο για να προσαρμοστούν στο περιβάλλον της μικροβαρύτητας, μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτή τη γνώση σε πειράματα με ανθεκτικά βακτήρια», δήλωσε στο Live Science ο Νίκολ Κάπλιν, πρώην αστροβιολόγος του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Αυτό μπορεί να αποτελέσει ένα θετικό βήμα στον αγώνα για τη βελτιστοποίηση των αντιβιοτικών στη Γη» σημείωσε.

Διαβάστε επίσης: Οι πρώτοι ιοί με DNA που έχει σχεδιαστεί από τεχνητή νοημοσύνη είναι γεγονός

Η πλήρης αλληλούχιση του γονιδιώματος αποκάλυψε ότι τόσο τα βακτήρια όσο και οι φάγοι στον ΔΣΣ συσσώρευσαν χαρακτηριστικές γενετικές μεταλλάξεις που δεν παρατηρήθηκαν στα δείγματα της Γης. Οι ιοί του διαστήματος ανέπτυξαν συγκεκριμένες μεταλλάξεις που ενίσχυσαν την ικανότητά τους να μολύνουν βακτήρια, καθώς και να προσδένονται στους βακτηριακούς υποδοχείς. Ταυτόχρονα, το E. coli ανέπτυξε μεταλλάξεις που το προστάτευαν από τις επιθέσεις των φάγων- για παράδειγμα, τροποποιώντας τους υποδοχείς του- και βελτίωναν την επιβίωσή του σε συνθήκες μικροβαρύτητας.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική γνωστή ως «βαθιά μεταλλακτική σάρωση» (deep mutational scanning) για να εξετάσουν τις αλλαγές στις πρωτεΐνες πρόσδεσης υποδοχέων των ιών. Διαπίστωσαν ότι οι προσαρμογές που προκλήθηκαν από το ιδιαίτερο κοσμικό περιβάλλον ενδέχεται να έχουν πρακτικές εφαρμογές και στη Γη.

Όταν οι φάγοι μεταφέρθηκαν πίσω στη Γη και υποβλήθηκαν σε δοκιμές, διαπιστώθηκε ότι οι προσαρμοσμένες στο διάστημα αλλαγές στην πρωτεΐνη σύνδεσης με τους υποδοχείς τους οδήγησαν σε αυξημένη δραστικότητα έναντι των στελεχών E. coli που προκαλούν συνήθως λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος. Τα συγκεκριμένα στελέχη είναι συνήθως ανθεκτικά στους φάγους Τ7.

«Ήταν ένα τυχαίο εύρημα», δήλωσε ο Ράμαν. «Δεν περιμέναμε ότι οι μεταλλαγμένοι φάγοι που εντοπίσαμε στον ΔΣΣ θα μπορούσαν να σκοτώσουν παθογόνα στη Γη» πρόσθεσε.

«Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν πώς το διάστημα μπορεί να μας βοηθήσει να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα των φαγοθεραπειών», δήλωσε ο Τσάρλι Μο, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Βακτηριολογίας του Πανεπιστημίου του Γουισκόνσιν–Μάντισον, ο οποίος επίσης δεν συμμετείχε στη μελέτη.

«Ωστόσο», πρόσθεσε, «πρέπει να λάβουμε υπόψη το κόστος της αποστολής φάγων στο διάστημα ή της προσομοίωσης της μικροβαρύτητας στη Γη για την επίτευξη αυτών των αποτελεσμάτων» επεσήμανε.

Πέρα από την αντιμετώπιση λοιμώξεων σε ασθενείς στη Γη, η έρευνα θα μπορούσε να συμβάλει και στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών φαγοθεραπειών για χρήση σε συνθήκες μικροβαρύτητας.

«Αυτό θα μπορούσε να είναι σημαντικό για την υγεία των αστροναυτών σε μακροχρόνιες διαστημικές αποστολές- για παράδειγμα, αποστολές στη Σελήνη ή τον Άρη, ή παρατεταμένη παραμονή στον ΔΣΣ», κατέληξε ο Mo.

Πηγή: Live Science