Эволюция в космосе научила вирусы взламывать защиту устойчивых бактерий

Бактериофаги — это вирусы, которые охотятся на бактерий. Они считаются перспективной альтернативой антибиотикам, но бактерии быстро учатся защищаться от них. Ученые предположили, что в космосе, где отсутствуют гравитация и конвекция (перемешивание слоев жидкости), «правила войны» между хищником и жертвой меняются. В таких стрессовых условиях эволюция может пойти по пути, который в земных условиях маловероятен или невозможен.

Авторы исследования, опубликованного в журнале PLOS Biology, отправили на Международную космическую станцию пробирки с кишечной палочкой E. coli и бактериофагом T7. Но это был не обычный вирус, а специально подготовленная «библиотека»: смесь из 1660 вариантов фага, у каждого из которых была изменена одна аминокислота в структуре «хвоста» — белка, отвечающего за захват жертвы.

Наблюдения показали, что поначалу инфекция в космосе шла медленно. Из-за отсутствия гравитации вирусы не могли пассивно оседать на бактерий и находили их только за счет случайного блуждания, что задерживало начало эпидемии в пробирке на несколько часов.

Однако со временем вирусы адаптировались. Бактерии в космосе изменили структуру клеточной стенки для защиты, но фаги ответили на это мутациями в генах, отвечающих за прикрепление.

Образцы провели на орбите 23 дня. Вернув их на Землю, ученые проанализировали ДНК и выделили те мутации, которые позволили вирусам эффективнее всего выживать и размножаться в невесомости.

Затем исследователи взяли 13 самых успешных космических мутаций и искусственно объединили их, создав новые штаммы фагов, которые содержали сразу по пять-шесть таких изменений одновременно. Эти синтетические вирусы протестировали против опасных земных штаммов кишечной палочки, вызывающих инфекции мочевыводящих путей и устойчивых к дикому типу вируса.

Искусственно созданные фаги, собранные из космических мутаций, смогли взломать защиту устойчивых бактерий и уничтожить их. Для сравнения: аналогичные фаги, собранные из мутаций, полученных в земном контрольном эксперименте, с этой задачей не справились. Космический отбор заставил вирус найти уязвимости в бактериальной обороне, которые в обычных условиях оставались скрытыми.

Исследование демонстрирует, что МКС может служить не просто лабораторией для фундаментальной науки, а инкубатором для биотехнологий. Экстремальные условия космоса позволяют направлять эволюцию вирусов в русло, необходимое для создания новых лекарств против резистентных инфекций.