Бактерии и вирусы на МКС накапливают уникальные мутации в условиях микрогравитации

В новом исследовании вирусы-бактериофаги, заражающие кишечную палочку (E. coli) на Земле, сохранили способность инфицировать своих хозяев в условиях почти невесомости на борту Международной космической станции. Однако динамика взаимодействия вируса и бактерии отличалась от земной. Результаты работы, проведённой Филипом Хасом из Университета Висконсин-Мэдисон и его коллегами, опубликованы в открытом журнале PLOS Biology.

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Взаимодействие между бактериофагами — вирусами, заражающими бактерии, — и их хозяевами играет ключевую роль в микробных экосистемах. Часто описываемые как эволюционная «гонка вооружений», бактерии могут вырабатывать защиту от фагов, а фаги, в свою очередь, находят новые способы её обойти.

Хотя взаимодействия вирусов и бактерий широко изучались на Земле, условия микрогравитации изменяют физиологию бактерий и физику столкновений вируса с бактерией, нарушая типичные процессы.

Как микрогравитация меняет динамику «фаг-бактерия»

Однако лишь немногие исследования изучали конкретные отличия этой динамики в невесомости. Чтобы восполнить этот пробел, Хас и его коллеги сравнили две группы образцов E. coli, заражённых фагом T7, — одну, инкубированную на Земле, и другую, находившуюся на МКС.

Анализ образцов с космической станции показал, что после первоначальной задержки фаг T7 успешно заразил E. coli. Однако полногеномное секвенирование выявило заметные различия в генетических мутациях как у бактерий, так и у вирусов между земными образцами и образцами, находившимися в микрогравитации.

Фаги на МКС постепенно накапливали специфические мутации, которые могли повышать их инфекционность или способность связываться с рецепторами на бактериальных клетках. В то же время E. coli на станции накапливала мутации, которые могли защищать от фагов и повышать шансы на выживание в условиях почти невесомости.

Генетические изменения и потенциальное применение

Затем исследователи применили высокопроизводительную технику под названием «глубокое мутационное сканирование», чтобы более детально изучить изменения в рецептор-связывающем белке T7, который играет ключевую роль в заражении. Это выявило дальнейшие значительные различия между условиями микрогравитации и Земли. Дополнительные эксперименты на Земле связали эти изменения в белке, ассоциированные с микрогравитацией, с повышенной активностью против штаммов E. coli, вызывающих инфекции мочевыводящих путей у людей и в норме устойчивых к T7.

В целом, это исследование подчёркивает потенциал изучения фагов на борту МКС для получения новых знаний об адаптации микроорганизмов, что может иметь значение как для освоения космоса, так и для здоровья человека.

Космос фундаментально меняет то, как взаимодействуют фаги и бактерии: заражение замедляется, и оба организма эволюционируют по иной траектории, чем на Земле. Изучая эти адаптации, вызванные космосом, мы выявили новые биологические закономерности, которые позволили нам сконструировать фаги с гораздо более высокой активностью против устойчивых к лекарствам патогенов уже здесь, на Земле.

Источник: Public Library of Science