Na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) probíhá fascinující výzkum, který odhalil, že viry napadající bakterie zde fungují jinak než na Zemi. Tato zjištění představují jak nové příležitosti, tak i potenciální rizika.
Bitva mikroorganismů na ISS
Mezinárodní vesmírná stanice je často spojována s astronauty, fyzikálními experimenty a nádhernými výhledy na naši planetu. Zároveň se však odehrává méně nápadný, ale neméně důležitý proces – boj mikroorganismů o přežití. V tomto uzavřeném, důkladně izolovaném ekosystému ISS operují bakterie a viry v podmínkách téměř nulové gravitace, což znamená, že pravidla aplikovaná na Zemi nemusí nutně platit zde. Nové studie ukázaly, že v této vesmírné „zkoušce“ dokážou viry evolvovat nečekaným způsobem.
Identita experimentu
Výzkumný tým z Wisconsinské univerzity v Madisonu se zaměřil na bakteriofágy, což jsou viry, které napadají bakterie. Tyto mikroorganismy patří mezi nejrozšířenější biologické entity na Zemi, přičemž jejich počet se odhaduje na přibližně 10 na 31 částic. Bakteriofága T7, který se zaměřuje na Escherichia coli, tedy bakterii zodpovědnou za řadu infekcí, včetně zánětů močových cest, použili jako model.
Po přichycení ke bakterii vir injektuje svůj genetický materiál do jejího nitra, ovládá bakteriální mechanizmus a vytváří stovky kopií sebe sama. Nakonec bakterie doslova praskne a nový virus se vydává na další útok.
Plánování experimentu: dvě planety, jeden virus
Naukový tým připravil dvě identické sady vzorků: jednu s E. coli a bacteriofágy T7, a to ve stejných koncentracích, v identických nádobách a za stejných teplot. Jeden set vzorků byl odeslán na ISS na palubě lodi Cygnus v roce 2020, druhý zůstal v laboratoři na Zemi.
Klíčové bylo, že vzorky byly zcela uzavřené a nebyly otřásány, čímž se co nejvíce napodobovalo prostředí mikrogravitace, kde nedochází k přirozenému míchání tekutin, jak tomu je na Zemi, kde stále funguje gravitace. Vzorky byly inkubovány po jedné, dvou, čtyřech a více než třech týdnech. Časy, po které vzorky strávily na ISS, byly pečlivě zaznamenány pro pozdější srovnání s pozemskými výsledky.
Mikrogravitace: zpomalení útoku, zrychlení evoluce
Na Zemi probíhal experiment podle předpokladů. Již mezi druhou a čtvrtou hodinou došlo k dramatickému poklesu počtu bakterií, neboť viry prováděly účinný útok. V podmínkách mikrogravitace však tento zásadní pokles populace E. coli v krátkých experimentech vůbec nenastal.
To naznačuje, že v okolí stavu mikrogravitace je pro viry a bakterie mnohem obtížnější na sebe narazit. Chybějící konvekční míchání tekutin zpomaluje jakékoli setkání a navíc stresové podmínky způsobují, že se bakterie mohou přizpůsobovat měněním svých povrchových struktur, což dále komplikuje infekci.
Vesmírné mutace: co přinesou nové změny?
Při analýze vzorků po 23 dnech bylo zjištěno, že viry na ISS vykonaly svou práci. Počet bakterií se výrazně snížil, což naznačuje, že cyklus infekce se nakonec aktivoval, přičemž celý systém se mezitím významně proměnil.
Sekvenování genetického materiálu ukázalo, že bakteriofág T7, který se vrátil z ISS, se na mnoha místech lišil od svého pozemského protějšku. Tyto změny se primárně dotýkaly genů odpovědných za strukturu viru a také za jeho spojení s hostitelskou buňkou. Jinými slovy, mikrogravitace posunula evoluci do oblastí genomu, kde se na Zemi tuto frekvenci změn obvykle neděje.
Také bakterie E. coli, které se musely vypořádat s útoky fágů, nashromáždily mnohem více mutací než vzorky, které byly chovány bez virového tlaku. Geny spojené s vnější membránou buňky byly nejvíce zasaženy, což naznačuje, že změna povrchových struktur může sloužit jako metoda úniku před viry.
Mikrogravitace jako urychlovač nových terapií
Výzkumníci se nezastavili pouze u popisu těchto změn. Použili techniku známou jako hloubkové mutační skenování, při níž se systémově testují tisíce variant jedné částice, aby se zjistilo, které mutace vytvářejí výhodu. Zjistilo se, že vítězné varianty viru vyselektované v mikrogravitaci se liší od těch, které nejlépe fungují v pozemních laboratořích.
Nejzajímavější vývoj nastal, když byly tyto vesměrně „vycvičené“ varianty použity proti kmenům E. coli, které vyvolávají infekce močových cest a jsou rezistentní vůči klasické verzi T7. Ukázalo se, že některé kosmické mutace mají schopnost účinně likvidovat rezistentní pozemské protivníky. V praxi to znamená, že ISS může sloužit jako jakýsi akcelerátor evoluce, kde jsou vyvíjeny nové generace terapeutických virů k boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům.
Bezpečnost astronautů
Výsledky tohoto výzkumu zní jako začátek scénáře z knihy nebo filmu: viry se učí nové triky v kosmu a vrací se na Zemi silnější než předtím. Odborníci však uklidňují: objekty jejich výzkumu jsou bakteriofágy, tedy viry specializující se na napadání bakterií, nikoli lidí.
Tým zdůrazňuje, že to je teprve začátek výzkumu o tom, jak mikrogravitace mění evoluci mikroorganismů. Je navíc třeba prozkoumat, zda podobné mechanismy mohou postihovat patogeny schopné vyvolávat onemocnění u lidí. Nelze vyloučit, že v průběhu dlouhodobějších manévrovacích misí se některé mikroorganismy mohou postupně stát problémovými, proto se budoucí experimenty zaměří také na citlivost bakterií na antibiotika v podmínkách vesmíru.
