Ученые впервые подробно показали, как условия микрогравитации меняют эволюцию вирусов и бактерий. В новом исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, биологи выяснили, что бактериофаги — вирусы, заражающие бактерии, — не только выживают в условиях почти полной невесомости на борту Международной космической станции (МКС), но и эволюционируют по принципиально иному сценарию, чем на Земле, пишет ScienceDaily.
Команда под руководством Фила Хасса из Университета Висконсина в Мэдисоне изучала взаимодействие хорошо известного бактериофага T7 с бактерией Escherichia coli. Обычно такие системы рассматриваются как «эволюционная гонка вооружений»: бактерии развивают защиту от вирусов, а вирусы — новые способы обходить эти барьеры. Однако в космосе привычная динамика этого противостояния меняется.
В рамках эксперимента две идентичные серии образцов E. coli, зараженных фагом T7, инкубировались параллельно — одна на Земле, другая на МКС. Наблюдения показали, что в микрогравитации заражение бактерий происходило с заметной задержкой. Тем не менее спустя время фаги успешно инфицировали клетки, доказав, что отсутствие гравитации не делает вирусы «беспомощными».
Геномный анализ выявил ключевые различия между земными и космическими образцами. Фаги, находившиеся на МКС, постепенно накапливали специфические мутации, которые, по-видимому, повышали их способность заражать бактерии — в частности, улучшали связывание с рецепторами на поверхности клеток. В то же время E. coli в условиях микрогравитации приобретали мутации, повышающие устойчивость к фагам и улучшающие выживаемость в невесомости.
Чтобы глубже разобраться в этих изменениях, исследователи применили метод глубокого мутационного сканирования. Он позволил детально изучить вариации белка связывания рецепторов фага T7 — ключевого элемента, определяющего успешность инфекции. Результаты показали, что в микрогравитации этот белок эволюционирует иначе, чем на Земле.
Особенно важно, что дополнительные эксперименты уже на Земле связали «космические» изменения этого белка с повышенной активностью фагов против штаммов E. coli, вызывающих инфекции мочевыводящих путей у человека. Эти штаммы обычно устойчивы к T7, однако модифицированные фаги оказались значительно эффективнее.
Авторы подчеркивают, что такие результаты имеют двойное значение. С одной стороны, они помогают лучше понять, как микробы адаптируются к условиям космоса — что критически важно для длительных космических миссий. С другой — космические эксперименты могут подсказать новые подходы к созданию фагов для борьбы с антибиотикорезистентными бактериями на Земле.
Как отмечают сами исследователи, «космос фундаментально меняет то, как фаги и бактерии взаимодействуют: заражение замедляется, а эволюция идет по совершенно иной траектории». Изучение этих космических адаптаций уже позволило создать вирусы с существенно повышенной активностью против опасных патогенов — и это только начало.