Studija University of Wisconsin–Madison pokazuje da mikrogravitacija na ISS‑u usporava početne susrete između bakteriofaga T7 i E. coli, ali tokom dužeg boravka u orbiti (23 dana) fagovi razvijaju mutacije koje omogućavaju uspešnu infekciju. Deep mutational scanning otkrio je preko 1.600 varijanata, a neke mikrogravitacijom obogaćene mutacije korišćene su za stvaranje fagova koji ubijaju uropatogene E. coli. Nalazi otvaraju mogućnosti za nove terapije, ali i zahtevaju dodatna ispitivanja zbog potencijalnih rizika.
Fagovi u svemiru: Kako mikrogravitacija menja infekcije i otvara put za nove terapije
The ISS is a key hub for research, including studies involving bacteria. . | Credit: NASA
Međunarodna svemirska stanica (ISS) predstavlja zatvoren ekosistem u kome mikrobi i virusi mogu da se ponašaju drugačije nego na Zemlji. Istraživači sa University of Wisconsin–Madison ispitali su kako mikrogravitacija utiče na bakteriofage (fagove) i njihove domaćine, koristeći fag T7 i bakteriju Escherichia coli. Rezultati objavljeni u časopisu PLOS Biology pokazuju da uslovi u mikrogravitaciji mogu usporiti početne infekcije, usmeriti evoluciju faga i bakterija u drugačijem pravcu i otkriti mutacije korisne za terapiju na Zemlji.
Kako je eksperiment izveden
Tim je pripremio dva identična seta zapečaćenih, neprotresenih epruveta sa kulturama faga i E. coli. Jedan set je poslat na ISS 2020. godine misijom Northrop Grumman NG‑13 Cygnus, a drugi je ostao kao kontrola na Zemlji. Uzorci su inkubirani na istoj temperaturi i za različite periode: 1, 2, 4 sata i dugo trajanje od 23 dana. Početni odnos faga i bakterija varirao je da bi se ocenile različite dinamike infekcije.
A diagram showing the full lytic cycle of some phages. | Credit: University of Barcelona, CC BY 3.0
Glavni nalazi
U uslovima na Zemlji fag T7 je obično završavao ciklus infekcije i lize bakterija za manje od jednog sata. U zapečaćenim, neprotresenim uslovima koji imitiraju mikrogravitaciju, početni talas infekcija je bio značajno usporen — na ISS‑u nije bilo naglog porasta infekcija u kraćim intervalima (1–4 sata). Ipak, nakon 23 dana u orbiti infekcija je postala uspešna i u epruvetama je zabeležen pad broja E. coli.
Autori pretpostavljaju da smanjeno mešanje fluida u mikrogravitaciji umanjuje stopu susreta između faga i bakterija, a da stres izazvan mikrogravitacijom može promeniti ekspresiju receptora i ćelijske procese kod bakterija, što dodatno usporava produktivnu infekciju.
Promene u genomu i koevolucija
Analiza nakon 23 dana otkrila je mutacije raštrkane po fagovskom genomu, pri čemu su mutacije specifične za uslove mikrogravitacije bile posebno prisutne u genima vezanim za strukturu i interakciju sa domaćinom. Istovremeno, E. coli izložene fagu akumulirale su znatno više mutacija nego kontrole, što odgovara evolutivnom "trkačkom" pritisku između napadača i branitelja. Neke bakterijske mutacije pogodile su gene povezane sa spoljašnjom membranom, što može otežati vezivanje faga.
A structural model of bacteriophage T7 at atomic scale. | Credit: Dr. Victor Padilla-Sanchez, PhD, CC BY-SA 4.0
Deep Mutational Scanning i praktične implikacije
Koristeći dubinsko ispitivanje mutacija (deep mutational scanning), istraživači su testirali preko 1.600 varijanata fagovskih mutacija. „Pobedničke“ mutacije u mikrogravitaciji bile su drugačije od onih koje su se pojavile na Zemlji. Neke od mikrogravitacijom obogaćenih varijanti su potom rekonstruisane i testirane protiv uropatogenih sojeva E. coli (uzročnika urinarnih infekcija) — i pokazale su sposobnost da ubiju sojeve koji su bili otporniji na standardni T7 fag.
To sugeriše da proučavanje evolucije u svemiru može otkriti genetske kombinacije korisne za razvoj fag-terapija protiv bakterija otpornijih na antibiotike. Ipak, autori upozoravaju da su potrebna dodatna, šira istraživanja pre primene na kliničkim slučajevima.
An image ofE. colibacteria under the microscope. | Credit: NIAID
Rizici i naredni koraci
Rezultati takođe ukazuju na mogućnost da mikrogravitacija obogati svojstva koja bi na Zemlji bila zabrinjavajuća, poput promene osetljivosti na lekove ili virulentnosti. Istraživači naglašavaju potrebu za daljim ispitivanjima, uključujući praćenje antibakterijske osetljivosti, odgovora na stres i interakcija među mikroorganizmima tokom vremena.
Zaključak: Mikrogravitacija menja brzinu infekcije i usmerava evoluciju faga i bakterija na načine koje ne viđamo na Zemlji. To donosi i prilike (nove varijante korisne za terapiju) i izazove (mogući evolutivni rizici), pa su potrebna dalja rigorozna istraživanja.
Izvor istraživanja: University of Wisconsin–Madison; objavljeno u PLOS Biology. Rad su komentarisali dr Phil Huss i dr Srivatsan Raman u izjavama za Space.com.
Pomozite nam da budemo bolji.
