Длительное противостояние бактерий и вирусов-фагов, известное как эволюционная гонка вооружений, в условиях невесомости приобретает совершенно иной характер. На борту МКС биологические процессы протекают иначе из-за отсутствия привычной гравитации, что заставляет организмы адаптироваться к стрессу уникальными способами.
Микробы в экспериментах на МКС мутировали и развили удивительные суперспособности
Исследователи из Висконсинского университета в Мэдисоне совместно с компанией Rhodium Scientific провели уникальный эксперимент по изучению взаимодействия бактерий E. coli и бактериофагов T7 в условиях микрогравитации. Ученые проанализировали генетические мутации микроорганизмов, возникшие за 25 дней пребывания на орбите, чтобы найти новые способы борьбы с супербактериями.
На этой иллюстрации фаг — тип вируса, поражающий бактерии — находится на поверхности клетки-хозяина. Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон разработали эксперимент для Международной космической станции, чтобы изучить, как взаимодействие фагов и бактерий влияет на здоровье микробиома кишечника. University of Wisconsin-Madison
Бактериофаги — это природные «киллеры», которые поражают исключительно бактерии, оставаясь безвредными для человека. В отличие от антибиотиков, которые действуют как ковровая бомбардировка, уничтожая и вредную, и полезную микрофлору, фаги работают точечно. Проблема в том, что бактерии быстро учатся защищаться от них. В космосе из-за отсутствия конвекции жидкости и изменения давления на клеточные мембраны привычные механизмы защиты ломаются. Это заставляет вирусы искать «запасные входы» в клетку. Обнаружение таких путей помогает ученым обходить резистентность супербактерий, которая стала глобальной угрозой для медицины XXI века.
В ходе эксперимента было замечено, что в космосе темпы заражения бактерий фагами сначала замедляются, но это дает толчок для возникновения редких мутаций. Кишечная палочка на станции изменила структуру поверхностных белков и гены, отвечающие за управление питательными веществами.
Астронавт работает с бактериями и фагами на МКС.
В ответ на это вирусы начали мутировать, чтобы сохранить способность прикрепляться к своим жертвам. Эти изменения не происходили в контрольной группе на Земле, что открыло перед биологами новые горизонты в понимании механизмов выживания микробов. Исследование было опубликовано в журнале PLOS Biology.
Оружие из космоса
Результаты секвенирования генома показали, что космические мутации наделили бактериофаги способностью уничтожать даже те штаммы бактерий, которые выработали мощную защиту на Земле. Оказалось, что «орбитальные» версии вирусов крайне эффективны против возбудителей инфекций мочевыводящих путей, более 90% которых сегодня не поддаются лечению обычными антибиотиками.
МКС стала лабораторией микробиологов.
Как отмечает соавтор работы Ватсан Раман: «Изучая эти адаптации, вызванные космосом, мы получили новые биологические данные, которые позволили нам создать фаги с гораздо более высокой активностью против лекарственно-устойчивых патогенов здесь, на Земле».
Специфическая среда МКС послужила своеобразным ускорителем эволюции, позволившим ученым подсмотреть у природы решения, до которых в земных лабораториях пришлось бы добираться десятилетиями. Полученные данные станут основой для создания нового поколения антибактериальных препаратов на основе модифицированных вирусов.