Maapallon superbakteereilla on uusi vihollinen: avaruudessa koulutetut bakteerit. Ihmiskunta on nyt vakavan ongelman edessä, joka voi johtaa sen sukupuuttoon: antibioottiresistenssi . Tämä pakottaa tieteen etsimään jatkuvasti uusia hoitomenetelmiä ja lisäämään tietoisuutta lääkkeiden vastuullisesta käytöstä. Viimeisin tutkimussuunta on kosmoksen tutkiminen.
Tutkimus. Ryhmä tutkijoita Wisconsin-Madisonin yliopistosta julkaisi PLOS Biology -lehdessä tulokset Kansainvälisellä avaruusasemalla (ISS) tehdystä kokeesta, . Tulokset osoittavat, että painovoiman puuttuminen ei ainoastaan muuta solujen käyttäytymistä, vaan myös nopeuttaa evoluutioprosesseja, jotka olisivat epätodennäköisiä maapallolla.
Tämä on epäilemättä erittäin tärkeää, koska on havaittu, että fag T7 , virus, joka kykenee tartuttamaan ja tappamaan bakteereja, on avaruudessa käynyt läpi geneettisiä mutaatioita, joita ei olisi lähes varmasti tapahtunut maapallolla. Nämä mutaatiot ovat antaneet sille mahdollisuuden hyökätä tiettyä bakteeria vastaan tavalla, joka olisi maapallolla mahdotonta.
Muutokset biologiassa. Maapallolla biologit tietävät selvästi, että jos virus kiinnittyy bakteeriin ja tartuttaa sen, se voi tappaa sen. Mutta tämän ymmärtämiseksi on tiedettävä, että planeetallamme näiden kahden elementin vuorovaikutusta nestemäisessä ympäristössä helpottaa painovoima – avaintekijä, joka mahdollistaa niiden törmäämisen ympäristössä.
Kansainvälisellä avaruusasemalla nämä voimat katoavat. Hiukkasten liike rajoittuu lähes yksinomaan Brownin diffuusioon, eli hiukkasten satunnaiseen liikkeeseen. On havaittu, että tämä vaikuttaa merkittävästi tartunnan kinetiikkaan.
Mitä tapahtui? Ensimmäisenä havaittiin bakteerien jakautumiskyvyn ja uusien yksilöiden muodostumisen heikkeneminen sekä lisääntymisvälin pidentyminen neljään tuntiin, mikä vaikeutti viruksen ja bakteerien vuorovaikutusta. Kuitenkin 23 päivän viljelyn jälkeen tartunta onnistui.
Näin ollen viruspopulaatio ei vain saavuttanut bakteeripopulaatiota, vaan ympäristön selektiivinen paine pakotti viruksen optimoimaan hyökkäysmekanismejaan erilaisten mutaatioiden avulla.
Geenitekniikka. Analysoimalla avaruudesta saapuneiden virusten DNA:ta tutkimusryhmä havaitsi tapahtuneen evoluution. He havaitsivat, kuinka virus mutatoitui ennätyksellisen lyhyessä ajassa useissa avaingeeneissä, kuten geenissä, jota se käyttää synnyttämään ”jalat”, joiden avulla se kiinnittyy bakteeriin.
Tärkein havainto on, että nämä mutaatiot eivät olleet satunnaisia, vaan ne olivat suora reaktio puutteelliseen kontaktiin. Koska bakteerien lisääntyminen hidastui, viruksen mahdollisuudet olla yhteydessä bakteereihin vähenivät, ja virus kehittyi tehokkaammaksi adsorptiossa (kiinnittymisessä solun pintaan) kontaktin jälkeen.
E. coli –bakteeri puolestaan reagoi myös ympäristön stressitekijöihin. Analyysit osoittivat mutaatioita mlaA- ja hldE-geeneissä, jotka vastaavat ulkomembraanin eheyden ylläpitämisestä ja lipopolysakkaridien synteesistä. Tämä viittaa siihen, että bakteerit yrittivät ”varata” pinnan vastustamaan mikropainovoimaa ja estämään faagin tunkeutumisen, mikä johti molekyylien kilpavarustelukilpailuun, jolla ei ole vastinetta maapallolla.
Sen merkitys. Kun tämä on todettu, herää selvä kysymys: miksi tämä on meille tärkeää? Avain löytyy siitä, että tutkijat käyttivät avaruudessa kehittyneitä virusmuunnoksia ja vertasivat niitä maassa uropatogeenisiin Escherichia coli -kantoihin, jotka olivat kehittäneet vastustuskyvyn alkuperäiselle T7-fagille. Tulos oli vaikuttava: mutatoituneet virukset tuhosivat nämä vastustuskykyiset bakteerit.
Tämä viittaa siihen, että mikropainovoima edistää sellaisen ”adaptiivisen maiseman” tutkimusta, joka ei ole mahdollista maan painovoimassa. Maassa evoluutio ohjaa faagit tunnettujen ”matalan vastuksen” reittien varrella. Avaruudessa äärimmäiset olosuhteet pakottavat viruksen käyttämään vaihtoehtoisia geneettisiä reittejä, joita emme ole aiemmin tunteneet.
Uusi malli. Tämä löytö vahvistaa hypoteesin, jota on kehitetty vuosien ajan astrobiologiassa ja bioteknologiassa: avaruus ei ole vain havainnointipaikka, vaan ainutlaatuinen tuotantoympäristö.
Jos siis pystymme käyttämään EES:ää tai tulevia kaupallisia asemia bakteerifagien suunnatun evoluution inkubaattoreina, voimme luoda kirjaston terapeuttisia viruksia, jotka pystyvät voittamaan superbakteerit, jotka tällä hetkellä uhkaavat globaaleja terveydenhuoltojärjestelmiä. Siksi kyse ei ole keinotekoisesta geenitekniikasta, vaan kohdennetun evoluution hyödyntämisestä ympäristössä, jossa fysiikan lait suosivat poikkeuksellisten biologisten ominaisuuksien syntymistä.
