Οι σχεδόν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας μπορούν να προκαλέσουν μεταλλάξεις στα γονίδια και να μεταβάλουν τις φυσικές δομές στα βακτήρια και τους βακτηριοφάγους, διαταράσσοντας τις φυσιολογικές τους αλληλεπιδράσεις με τρόπους που ενδέχεται να συμβάλουν στη θεραπεία λοιμώξεων ανθεκτικών στα φάρμακα.
Τα βακτήρια και οι ιοί που τα μολύνουν, γνωστοί ως βακτηριοφάγοι, βρίσκονται σε μια συνεχή εξελικτική «κούρσα εξοπλισμών». Ωστόσο, όπως αποκαλύπτει μελέτη που πραγματοποιήθηκε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), η εξέλιξη αυτή ακολουθεί διαφορετική πορεία όταν η αντιπαράθεση λαμβάνει χώρα σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
Δείτε επίσης: Επιστήμονες ανακάλυψαν 26 νέα βακτήρια στα cleanrooms της NASA
Καθώς βακτήρια και βακτηριοφάγοι συγκρούονται, τα βακτήρια αναπτύσσουν ισχυρότερους αμυντικούς μηχανισμούς για να επιβιώσουν, ενώ οι βακτηριοφάγοι εξελίσσουν νέες στρατηγικές για να τους ξεπεράσουν. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 13 Ιανουαρίου στο περιοδικό PLOS Biology, περιγράφει λεπτομερώς πώς εκτυλίσσεται αυτή η σύγκρουση στο διάστημα και προσφέρει γνώσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στον σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών θεραπειών για βακτήρια ανθεκτικά στα αντιβιοτικά στη Γη.
Στο πλαίσιο της έρευνας, οι επιστήμονες συνέκριναν πληθυσμούς του βακτηρίου E. coli που είχαν μολυνθεί από έναν βακτηριοφάγο γνωστό ως T7. Ένα σύνολο δειγμάτων καλλιεργήθηκε στον ISS, ενώ πανομοιότυπες ομάδες ελέγχου αναπτύχθηκαν στη Γη. Η ανάλυση των δειγμάτων από τον διαστημικό σταθμό έδειξε ότι η μικροβαρύτητα επηρεάζει ουσιαστικά τόσο την ταχύτητα όσο και τη φύση της μόλυνσης από τους βακτηριοφάγους.
Παρότι οι βακτηριοφάγοι μπορούσαν και στο διάστημα να μολύνουν και να σκοτώνουν τα βακτήρια, η διαδικασία ήταν πιο αργή σε σύγκριση με τα δείγματα της Γης. Σε προηγούμενη μελέτη, οι ίδιοι ερευνητές είχαν υποθέσει ότι οι κύκλοι μόλυνσης στη μικροβαρύτητα επιβραδύνονται, επειδή τα υγρά δεν αναμειγνύονται τόσο αποτελεσματικά όσο υπό τις συνθήκες βαρύτητας της Γης.
Στη Γη, τα υγρά μέσα στα οποία βρίσκονται βακτήρια και ιοί αναδεύονται συνεχώς λόγω της βαρύτητας: το ζεστό νερό ανεβαίνει, το κρύο κατεβαίνει και τα βαρύτερα σωματίδια κατακάθονται στον πυθμένα. Αυτή η συνεχής κίνηση φέρνει τους μικροοργανισμούς σε συχνή επαφή μεταξύ τους. Στο διάστημα όμως, δεν υπάρχει τέτοια ανάδευση· όλα απλώς αιωρούνται. Έτσι, επειδή τα βακτήρια και οι βακτηριοφάγοι συγκρούονταν πολύ πιο σπάνια, οι βακτηριοφάγοι αναγκάστηκαν να προσαρμοστούν σε έναν πολύ πιο αργό ρυθμό ζωής και να γίνουν πιο αποτελεσματικοί στο να προσκολλώνται στα βακτήρια που περνούσαν κοντά τους.
Δείτε ακόμα: Η SpaceX εκτόξευσε βακτήρια που προκαλούν ασθένειες στον ISS
Οι ειδικοί θεωρούν ότι η κατανόηση αυτής της εναλλακτικής μορφής εξέλιξης των βακτηριοφάγων θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών με βακτηριοφάγους. Αυτές οι καινοτόμες θεραπείες αξιοποιούν βακτηριοφάγους για την εξόντωση των βακτηρίων ή για να τα καταστήσουν πιο ευάλωτα στα συμβατικά αντιβιοτικά. Η ανάλυση ολόκληρου του γονιδιώματος έδειξε ότι τόσο τα βακτήρια όσο και οι βακτηριοφάγοι στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό παρουσίασαν ιδιαίτερες γενετικές μεταλλάξεις, οι οποίες δεν παρατηρήθηκαν στα δείγματα της Γης.
Οι ιοί που εξελίχθηκαν στο διάστημα απέκτησαν συγκεκριμένες μεταλλάξεις που ενίσχυσαν την ικανότητά τους να μολύνουν βακτήρια και να συνδέονται με τους βακτηριακούς υποδοχείς. Παράλληλα, το E. coli ανέπτυξε μεταλλάξεις που το προστάτευαν από τις επιθέσεις των φάγων — για παράδειγμα, μέσω τροποποιήσεων στους υποδοχείς του — και βελτίωσαν την επιβίωσή του σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται «βαθιά σάρωση μεταλλάξεων» για να μελετήσουν τις αλλαγές στις πρωτεΐνες των ιών που συνδέονται με τους υποδοχείς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι προσαρμογές που προκλήθηκαν από το ιδιαίτερο διαστημικό περιβάλλον ενδέχεται να έχουν πρακτικές εφαρμογές και στη Γη.
Όταν οι βακτηριοφάγοι μεταφέρθηκαν πίσω στη Γη και δοκιμάστηκαν, οι διαστημικά προσαρμοσμένες αλλαγές στις πρωτεΐνες πρόσδεσης οδήγησαν σε αυξημένη αποτελεσματικότητα απέναντι σε στελέχη E. coli που προκαλούν συχνά λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος. Τα συγκεκριμένα στελέχη είναι συνήθως ανθεκτικά στους βακτηριοφάγους T7.
Δείτε επίσης: Τα μικρόβια στον Αρκτικό Ωκεανό μπορεί να λειτουργήσουν ως αντιβιοτικά
Εκτός από τη συμβολή της στην αντιμετώπιση λοιμώξεων σε ασθενείς στη Γη, η έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπειών με βακτηριοφάγους για χρήση σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
