МКС превратила вирусы в супероружие. Фаги эволюционировали в космосе и начали убивать лекарственно-устойчивые бактерии

Ученые выяснили, что в условиях микрогравитации привычное противостояние бактерий и вирусов идет по совсем другим правилам. Эксперимент на борту Международной космической станции показал, что отсутствие гравитации меняет не только скорость заражения, но и саму траекторию эволюции микроорганизмов. Работа выполнена командой Университета Висконсина в Мэдисоне и дает редкую возможность заглянуть в то, как жизнь приспосабливается к космосу на уровне генов.

В центре исследования оказалась классическая модельная пара: бактерия Escherichia coli и вирус T7, относящийся к бактериофагам. На Земле их взаимодействие давно и подробно изучено. В обычных условиях между ними идет непрерывная эволюционная гонка, где каждая сторона по очереди вырабатывает новые способы атаки и защиты. Однако микрогравитация нарушает этот привычный баланс.

В невесомости микробы оказываются в странной для себя среде. Без силы тяжести бактерии и вирусы не оседают и не перемешиваются так активно, как на Земле, из-за чего они реже сталкиваются друг с другом. Эти редкие контакты вынуждают оба организма искать новые пути выживания, формируя совершенно иной сценарий биологической конкуренции.

Чтобы понять, насколько сильно различается этот процесс, исследователь Фил Хасс и его коллеги поставили прямой сравнительный эксперимент. Одну группу бактерий E. coli заразили фагом T7 и оставили на Земле в качестве контрольной. Вторую отправили на орбиту, где тот же вирус должен был атаковать бактерии уже в космических условиях.

Поначалу фаги в космосе явно испытывали трудности. Заражение шло заметно медленнее, чем в земных образцах. Однако со временем вирус все же смог проникнуть в клетки E. coli. При этом под микроскопом процесс выглядел иначе, чем в контрольной группе, а дальнейший генетический анализ подтвердил, что различия куда глубже внешних наблюдений.

Полногеномное секвенирование показало, что мутации, возникшие у бактерий и вирусов на орбите, существенно отличаются от тех, которые появились у их земных «двойников». Это стало прямым доказательством того, что микрогравитация заставляет живые организмы эволюционировать по особому пути, недоступному в обычных условиях.

На станции оба участника противостояния пошли в противоположных направлениях. Фаги получили изменения, усиливающие их способность прикрепляться к бактериальным клеткам и проникать внутрь. Бактерии, в свою очередь, приобрели мутации, которые мешали вирусу атаковать и одновременно повышали устойчивость к жизни в невесомости.

С помощью метода глубокого мутационного сканирования ученые подробно изучили изменения в ключевом элементе вируса — белке, отвечающем за связывание с клеткой-хозяином. Оказалось, что варианты этого белка, сформировавшиеся в микрогравитации, принципиально отличаются от земных. Самое неожиданное проявилось уже после возвращения эксперимента на Землю: космические мутации позволили вирусу эффективно заражать лекарственно-устойчивые штаммы E. coli, которые обычно не поддаются стандартному фагу T7.

Этот результат особенно важен с точки зрения медицины. Некоторые штаммы E. coli вызывают инфекции мочевыводящих путей у человека, а рост устойчивости к антибиотикам делает лечение все более сложным. Полученные данные показывают, что эволюция в космосе может подсказать новые подходы к созданию бактериофагов, способных обходить защитные механизмы опасных бактерий.

Авторы работы отмечают, что эксперименты на орбите позволяют увидеть такие варианты адаптации, которые практически невозможно получить в земных лабораториях. Изучение космической эволюции микроорганизмов может оказаться полезным не только для будущих длительных миссий, но и для борьбы с устойчивыми инфекциями на Земле.