Myslieť si, že baktérie a vírusy sa vo vesmíre správajú rovnako ako na Zemi, je prirodzené – predsa sú to stále rovnaké organizmy. Lenže vedecký výskum uskutočnený na Medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS) ukazuje, že odlišné fyzikálne podmienky, predovšetkým mikrogravitácia, menia ich správanie a evolúciu. To znamená, že keď ich posielame do priestoru, nerobia len to, čo by sme očakávali podľa pozorovaní na Zemi. Tieto zistenia sú nielen vedecky fascinujúce, ale môžu mať aj praktický dopad na medicínu – najmä na vývoj fágových terapií proti baktériám rezistentným na antibiotiká.
Mikrogravitácia je stav, v ktorom gravitácia pôsobí len veľmi slabým spôsobom, ako napríklad na palube ISS, kde predmety a tekutiny takmer „plávajú“. Tento stav výrazne mení správanie tekutín, toku živín a reakcie buniek. Mikroorganizmy tak nie sú vystavené rovnakým silám ako na Zemi, čo ovplyvňuje ich metabolické procesy, rast, interakcie medzi bunkami a dokonca aj ich genetické zmeny.
Na Zemi Vulkanická gravitácia spôsobuje konvekčné prúdy v tekutinách – teplé vrstvy stúpajú, studené klesajú. Vo vesmíre tento efekt prakticky neexistuje a baktérie s vírusmi sú odkázané len na náhodné stretnutia a difúziu. Tieto rozdiely pozmeňujú dynamiku infekcií a evolučných „zápasov“ medzi hostiteľmi a patogénmi.
V experimente vedcov z University of Wisconsin–Madison vedci sledovali, ako sa baktérie Escherichia coli správajú, keď sú infikované vírusom nazývaným fág T7, a to rôzne: raz na Zemi, raz na ISS. Vo vesmíre sa infekcia vôbec nezastavila – fág stále vedel napadnúť baktérie – no spôsob, akým k tomu dochádzalo, bol iný.
Na Zemi fág zvyčajne úspešne infikuje E. coli v priebehu niekoľkých hodín. Vo vesmíre sa však proces rozbehol pomalšie; prvé hodiny sa zdalo, že sa takmer nič nedeje. Po niekoľkých dňoch však fág úspešne prenikol bunky a pokračoval v infekcii – len jeho evolučná trajektória bola odlišná.
Jednou z najpozoruhodnejších častí výskumu bolo sledovanie genetických zmien, ku ktorým dochádzalo v oboch organizmoch. Keď vedci uskutočnili celogenómové sekvenovanie, zistili, že fág a E. coli na ISS akumulujú unikátne mutácie, ktoré sa líšili od tých, ktoré vznikali v kontrolných vzorkách na Zemi.
Vo fágových populáciách sa objavili mutácie, ktoré pravdepodobne zvyšovali ich schopnosť viazať sa na receptory na bunkách E. coli – teda zlepšovali ich účinnosť napadnutia hostiteľa. Súčasne E. coli vyvíjala mutácie, ktoré jej mohli pomôcť brániť sa alebo stabilizovať prežitie v mikrogravitácii.
Mohlo by ťa zaujímať: Jadrový reaktor na Mesiaci do roku 2030? NASA má plán, no realita je plná otáznikov
Na Zemi baktérie a ich vírusy vedú tzv. evolučnú „pretekársku dráhu“, kde baktérie budujú obranu a vírusy na to reagujú novými útokmi. Vo vesmíre však táto dynamika vyzerá inak. Mikrogravitácia mení fyzikálne prostredie, čím obmedzuje pohyb častíc a znižuje frekvenciu náhodných stretov medzi vírusmi a baktériami.
Výsledkom je, že interakcie prebiehajú pomalšie a selekčné tlaky sa líšia – baktérie a vírusy tak „testujú“ iné evolučné riešenia, než by si zvolili na Zemi. Tieto nové varianty môžu byť pre výskumníkov cenné, pretože môžu odhaliť nové mechanizmy adaptácie a obrany.
Jedným z dôvodov, prečo je tento výskum zaujímavý aj pre medicínu na Zemi, je jeho potenciál zlepšiť fágové terapie. Ide o prístup, pri ktorom sa používajú vírusy špeciálne na to, aby napádali a zabíjali škodlivé baktérie – obzvlášť tie, ktoré sa stali rezistentné na antibiotiká.
Mutácie, ktoré sa objavili vo fágových populáciách v mikrogravitácii, viedli k zmenám receptora viažuceho proteínu a v niektorých prípadoch zvýšili aktivitu fágov proti baktériám, ktoré sú na Zemi normálne odolné voči infekcii. To naznačuje možnosť, že štúdium evolúcie vo vesmíre môže viesť k novým verziám fágov, ktoré by boli použiteľné v boji proti ťažko liečiteľným infekciám.
Aj keď sú tieto výsledky sľubné, vedecký tím varuje, že výskum v mikrogravitácii je náročný a drahý. Samotné zasielanie vzoriek na ISS je logisticky náročné a vyžaduje starostlivé plánovanie. Otázkou zostáva, ako preniesť tieto zistenia do bežných laboratórnych podmienok alebo ich priamo využiť pri liečbe ľudí.
Navyše, evolučné zmeny môžu mať nečakané dôsledky – zatiaľ čo niektoré mutácie môžu byť pre fág prospešné, iné môžu viesť k nepredvídaným interakciám. Preto je potrebné ďalšie sledovanie, testovanie a porozumenie dlhodobému správanie mikroorganizmov v podmienkach mimo Zeme.
Výskum bakteriálnych vírusov a ich hostiteľov na Medzinárodnej vesmírnej stanici nám ukazuje, že život v mikrogravitácii neznamená len prežiť, ale vyvíjať sa inak. Táto odlišná evolúcia môže byť kľúčom k pochopeniu, ako lepšie navrhovať nové terapeutické prístupy – vrátane fágovej terapie proti antibiotickej rezistencii – a zároveň nám poskytuje cenné poznatky o tom, ako môžu mikroorganizmy reagovať na extrémne podmienky.
Zdroje inšpirácie:
https://www.sciencedaily.com
https://phys.org
https://www.nature.com
