Výskumníci zistili, že stav beztiaže ovplyvňuje evolučný vývoj bakteriofágov a núti ich prispôsobiť sa externým zmenám.
Medzinárodná vesmírna stanica ISS je aj miesto, kde prebieha špecifický výskum. Zdroj: iStockphoto.com
Medzinárodná vesmírna stanica ISS (International Space Station) je na obežnej dráhe už viac ako 25 rokov, a to vo výške 320 km nad planétou Zem. Od svojich počiatkov slúži ako centrum modernej vedy a moderného výskumu v špecifických podmienkach, ktoré na Zemi nie sú možné. Spektrum výskumov je pozoruhodné a zahŕňa štúdium mikróbov, ľudských ochorení, diagnostických nástrojov a moderných technológií. Štúdia, publikovaná začiatkom roka 2026, sa zameriava na výskum bakteriofágov – vírusov, ktoré napádajú baktérie. Výskumníci zistili, že stav beztiaže ovplyvňuje evolučný vývoj týchto organizmov a núti ich prispôsobiť sa externým zmenám.
Gravitácia pôsobí ako katalyzátor infekcie
Bakteriofágy sú špecifické vírusy, ktoré infikujú baktérie a replikujú sa v nich s cieľom eliminácie týchto hostiteľských buniek. Skladajú sa z nukleovej kyseliny (DNA alebo RNA) uzavretej v proteínovej kapsule a pôsobia prostredníctvom lytických alebo lyzogénnych cyklov. V modernej medicíne sa bakteriofágy využívajú v terapeutických postupoch pri liečbe bakteriálnych infekcií.
Gravitácia na Zemi pomáha bakteriofágovej infekcii tým, že uľahčuje pohyb častíc kvapalným médiom, čo zvyšuje pravdepodobnosť zrážky vírusu s hostiteľskou baktériou. Gravitácia tiež spôsobuje proces sedimentácie. To znamená, že častice s rôznou hustotou sa usádzajú rozličnou rýchlosťou, čo ďalej prispieva k miešaniu bakteriofágov, živín a metabolitov.
Po priblížení sa bakteriofágu a baktérie prevezmú úlohu krátkodobé fyzikálne sily, ako sú van der Waalsove interakcie a elektrostatická príťažlivosť, ktoré umožnia vírusu zachytiť sa a infikovať baktériu. V prostredí beztiaže, ako je Medzinárodná vesmírna stanica, tieto gravitačné účinky miznú a proces je obmedzený na oveľa pomalšiu, náhodnú difúziu (jav, pri ktorom sa častice látky presúvajú z miesta s vyššou koncentráciou na miesto s nižšou koncentráciou).
Bakteriofág T7 v stave beztiaže
Výskum sa zameral na interakciu medzi bakteriofágom T7, ktorý infikuje väčšinu kmeňov baktérie Escherichia coli. Zistilo sa, že beztiažový stav ovplyvňuje proces infekcie tak, že v počiatočnej fáze znižuje schopnosť fágu T7 infikovať svojho hostiteľa, čo spôsobuje výrazné spomalenie jeho replikácie počas prvých hodín experimentu.
Po 23 dňoch inkubácie na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice prešiel tento organizmus genetickou adaptáciou. Vo fágu T7 aj v baktériách došlo k vzniku nových mutácií, ktoré neboli doposiaľ v kontrolných skupinách na Zemi zistené. Tieto mutácie boli sústredené v proteíne viažucom receptor (RBP: receptor binding protein), ktorý slúži na rozpoznávanie hostiteľa a následnú iniciáciu infekcie. To znamená, že vesmírne prostredie ovplyvnilo vývoj vírusov tak, aby boli efektívnejšie pri uchytávaní sa na svojich hostiteľoch v prostredí, kde sú stretnutia s nimi zriedkavé.
Bakteriofágy sú špecifické vírusy, ktoré infikujú baktérie a replikujú sa v nich. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStock.com/peterschreiber.media
Mutácia E. coli
Súčasne sa v prípade baktérií E. coli vyskytli mutácie vonkajších membrán, presnejšie povrchových receptorov, aby lepšie odolávali vírusovým útokom. Okrem toho sa v beztiažovom stave vytvorí prostredie s obmedzenou difúziou, kde sa živiny okolo bunky rýchlo vyčerpávajú.
Tento nedostatok vyvoláva stav podobný hladovaniu, ktorý núti baktérie upraviť svoj metabolizmus, aby sa udržala bunková rovnováha (homeostáza). Extrémne vonkajšie podmienky tak prinútili baktérie prejsť viacerými štádiami adaptácie.
Ako ovplyvní výskum na vesmírnej stanici dianie na Zemi?
Zmutované vírusy z vesmíru boli použité na testovanie proti uropatogénnej E. coli – agresívnemu kmeňu zodpovednému za infekcie močových ciest. Tieto kmene sú často rezistentné proti štandardnej liečbe. Výsledky dokázali, že bakteriofágy vystavené beztiažovému stavu dokázali úspešne infikovať a zabiť pozemské superbaktérie, ktoré boli proti pozemským vírusom chránené.
Odstránením gravitácie tak vedci priniesli nové evolučné cesty. Zistenia z výskumu na Medzinárodnej vesmírnej stanici naznačujú, že prieskum vesmíru je okrem objavovania nových horizontov aj nástroj biologického inžinierstva. Kľúčovým záverom je, že extrémne podmienky prostredia môžu odhaliť skrytý potenciál organizmov.
Zdroje: PLOS Biology, ScienceDaily, NASA
(zh)
