En un entorno de microgravedad casi ingrávido, los virus que infectan específicamente a las bacterias aún pueden "luchar" normalmente. Sin embargo, la batalla entre virus y bacterias en el espacio muestra una trayectoria evolutiva completamente diferente a la de la Tierra. Un nuevo experimento realizado en la Estación Espacial Internacional muestra que los bacteriófagos que infectan a E. coli aún pueden completar con éxito el proceso de infección en un entorno orbital, pero la interacción entre el virus y el huésped ha cambiado significativamente, lo que proporciona pistas importantes para futuras mejoras en las terapias virales en la Tierra. La investigación relevante fue dirigida por el equipo de Phil Huss en la Universidad de Wisconsin-Madison y se publicó en la revista de acceso abierto PLOS Biology el 13 de enero.
En los ecosistemas microbianos, la relación entre fagos y bacterias a menudo se ve como una "carrera armamentista evolutiva" en curso: las bacterias continúan desarrollando mecanismos de defensa, mientras que los fagos continúan desarrollando contramedidas. Este juego ha sido ampliamente estudiado en el entorno de gravedad normal de la Tierra, pero la microgravedad no sólo cambia el comportamiento fisiológico de las bacterias mismas, sino que también afecta la frecuencia del contacto físico entre el virus y la célula huésped, lo que puede reescribir completamente el ritmo y la ruta del proceso de infección. En la actualidad, los humanos todavía saben muy poco sobre esta "relación virus-bacteria" que se desarrolla en el espacio, por lo que el equipo de investigación diseñó experimentos controlados para descubrir cómo la microgravedad remodela esta ecología microscópica.
Los investigadores eligieron el fago T7 clásico de E. coli y dejaron que un grupo de E. coli infectado fuera cultivado en el suelo, mientras que el otro grupo fue enviado a la Estación Espacial Internacional para crecer simultáneamente en condiciones de casi ingravidez. Los resultados experimentales muestran que en el entorno de la estación espacial, el fago T7 aún puede infectar a E. coli, pero el proceso de inicio de la infección es significativamente más lento. El análisis posterior de secuenciación de genes mostró que los patrones de mutación de virus y bacterias de muestras espaciales eran claramente diferentes de los del grupo de control terrestre, mostrando sus propios caminos evolutivos únicos.
Específicamente, el fago T7 en el entorno orbital ha acumulado una serie de cambios genéticos específicos. Se cree que estos cambios le ayudan a reconocer y adherirse más eficientemente a los receptores de la superficie bacteriana, mejorando así la eficacia de la infección. Al mismo tiempo, también se han producido una serie de mutaciones en E. coli en un entorno de microgravedad. Estos cambios pueden mejorar su capacidad para resistir el ataque de los fagos y mejorar su adaptabilidad de supervivencia en condiciones cercanas a la ingravidez. Esto muestra que en el entorno extremo del espacio, tanto los virus como las bacterias aceleran su evolución adaptativa a lo largo de trayectorias diferentes a las de la Tierra.
Para analizar más a fondo la base molecular de estos cambios, el equipo de investigación utilizó tecnología de "escaneo mutacional profundo" para realizar un análisis sistemático de la proteína de unión al receptor del fago T7. Esta proteína clave determina directamente si el fago puede reconocer e invadir las células bacterianas del huésped. Pequeños cambios en su secuencia de aminoácidos pueden afectar significativamente el espectro de infección y la eficiencia de la infección. Los resultados del escaneo de mutaciones profundas revelaron una serie de mutaciones diferenciales en esta proteína entre muestras de la estación espacial y muestras terrestres, y estas "mutaciones relacionadas con el espacio" se confirmaron posteriormente en experimentos en la Tierra para cambiar la capacidad de los fagos para atacar diferentes cepas bacterianas.
Los experimentos funcionales de seguimiento realizados en tierra mostraron que los fagos T7 que portan estas mutaciones formadas en el entorno espacial mostraron efectos letales más fuertes sobre ciertas cepas de E. coli que causan infecciones del tracto urinario en humanos. Estas cepas objetivo eran originalmente resistentes de forma natural al fago T7 ordinario, pero se volvieron más vulnerables al fago "evolucionado en el espacio". Este descubrimiento sugiere que los cambios evolutivos especiales inducidos por el entorno espacial pueden abrir nuevas direcciones de aplicación para la terapia con fagos, especialmente en el tratamiento de patógenos resistentes a los medicamentos difíciles de tratar.
El estudio señaló que realizar experimentos relacionados con fagos en la Estación Espacial Internacional no sólo tiene una importancia directa para futuros vuelos espaciales tripulados a largo plazo y la gestión de la salud de la estación espacial, sino que también proporciona una nueva idea y una biblioteca de herramientas para el tratamiento antiinfecciones en tierra. En comparación con los experimentos evolutivos tradicionales realizados en laboratorios terrestres, el entorno de microgravedad en el espacio puede obligar a virus y bacterias a embarcarse sistemáticamente en un camino de adaptación diferente, exponiendo así mecanismos y objetivos biológicos que son difíciles de observar en condiciones convencionales. Los autores concluyen en el artículo que el espacio cambia fundamentalmente la interacción entre fagos y bacterias: el proceso de infección se ralentiza y las trayectorias evolutivas de ambas partes son completamente diferentes a las de la Tierra.
Al analizar estas adaptaciones impulsadas por el espacio, los investigadores no sólo obtuvieron nuevos conocimientos sobre la coevolución de virus y bacterias, sino que también diseñaron candidatos a fagos con "actividad significativamente mayor" contra patógenos resistentes a los medicamentos en la Tierra. Este logro demuestra el potencial de utilizar el espacio como un "laboratorio evolutivo natural" y también indica que en el futuro, los experimentos espaciales se pueden combinar con tecnología de ingeniería terrestre para acelerar el desarrollo de una nueva generación de tratamientos con fagos precisos y eficientes para hacer frente a la amenaza cada vez más grave de las bacterias resistentes a los medicamentos en todo el mundo.
Compilado de /ScitechDaily